[发明专利]一种波束自由偏转的平面微带天线阵列

说明书

本发明公开了一种波束自由偏转的平面微带天线阵列，包括介质层，天线辐射体和地板层，天线辐射体为由多个单元阵子和多个传输线移相单元串联馈电而成的同一层覆铜板，贴合在介质层上，传输线移相单元增加电磁波传播路径，从而改变了单元阵子间的相移角度，实现指定方向波束偏转。本发明由于不需要增加额外的移相器、超材料表面或者功分器，因此在设计难易程度和加工成本上具有明显的优势，在保持良好增益和旁瓣电平的的同时，能实现指定方向波束偏转。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种波束自由偏转的平面微带天线阵列。

技术背景

目前毫米波防撞系统主要由收发天线、射频前端电路和后端信号处理模块组成。阵列天线系统位于最前端，其性能指标关系到整个雷达系统的性能好坏。为解决不同应用环境下的防撞问题，要求阵列天线具有较大的俯仰角来实现不同角度的信号探测，因此产品天线阵列需具备高效灵活的波束扫描方式，传统的波束扫描手段包括机械扫描，模拟/数字波束成型，反射阵列，增加超材料平面或者增加寄生单元等，其中机械扫描存在低扫描率和低分辨率的问题，模拟/数字波束成型需要引入大量的移相器，会带来高插损，增加成本等影响，加载超材料或者寄生单元则需要增加天线阵列的尺寸，甚至还需要增加其他的有源器件，这也增加了系统的复杂性。

常规移相方法包含反射型移相器，加载线式移相器，开关线式移相器和高通/低通滤波器式移相器。反射型移相器的基本原理是在均匀传输线的终端接入，利用开关变换负载的阻抗特性，从而改变负载反射系数的相位，使入射波和反射波之间产生相位移。加载线式移相器，就是在均匀传输线上以可控电抗元件进行并联或串联加载，通过电抗值的改变在电路中引入一个相移量。开关线式移相器是基于延迟线电路理论的，分为开关串联形式和开关并联形式。当信号通过低通会出现相位延迟，而通过高通滤波器会出现相位超前，利用二极管开关让电路在高通和低通之间切换就可能得到一个相移量。高通/低通移相器可以产生比其他类型移相器更小的相移量，而且它的工作频率带可以与反射式移相器相比拟。

中国专利CN103401075B公开了一种低剖面板状定向天线，需要在介质层和天线层之间打孔，连接介质层和天线层，这种方法加工非常麻烦。中国专利CN111106441A公开了一种基于人工表面等离子体激元的小型化定向辐射天线，额外的增加了一些超材料结构，也就是人工电磁表面。中国专利CN106067595B公开了一种超宽带电小定向天线，通过平行微带双线导连接后端金属化过孔实现对微带贴片环的馈电。现有技术中移相方法都是需要增加一个较为复杂的装置，或使用其他单元或寄生结构，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种波束自由偏转的平面微带天线阵列。本发明针对特殊应用场景，从阵列天线本身出发，无需增加移相器或者其他有源器件，也无需加载其他超材料单元或者寄生结构，根据特定的应用环境来设计特定方向的主瓣方向，通过改变阵元间传输线长度来实现每个阵元的配相，同时传输线的尺寸根据所需要的主瓣波束偏转角度推算而来。

本发明公开的一种波束自由偏转的平面微带天线阵列，包括介质层，天线辐射体和地板层，所述天线辐射体为由多个单元阵子和传输线移相单元串联馈电而成的同一层覆铜板，贴合在介质层上，所述传输线移相单元增加电磁波传播路径，改变所述单元阵子间的相移角度，实现指定方向波束偏转。

进一步的，对于指定方向偏转的波束角度，所述传输线移相单元使得单元阵子间的相移角度变化为：

。

进一步的，所述单元阵子的数量为23个，所述传输线移相单元数量为22个。

进一步的，所述传输线移相单元为折线结构。

进一步的，所述折线结构为方形，三角形或梯形。

进一步的，介质层的介电常数为3，介质损耗因子为0.0001,介质厚度为0. 127mm。