[发明专利]一种宽带低交叉极化微带贴片相控阵天线单元

说明书

本发明公开一种宽带低交叉极化微带贴片相控阵天线单元，属于微波天线技术领域。天线单元由5层介质基板构成，反射地板敷设于第一介质基板的下表面；缝隙地板敷设于第二介质基的下表面，馈电微带线导带敷设于第二介质基板的上表面，方形驱动贴片敷设于第三介质基板的上表面，方形寄生贴片敷设于第五介质基板的上表面，第四介质基板中心区域进行挖空处理，用于支撑第五介质基板；第一介质基板四周设置有金属盲孔，用于连接反射地板和缝隙地板构成一个封闭的金属腔体，并在天线单元四周设计金属通孔贯穿所有介质基板，在贴片周围形成等效金属墙壁，阻挡表面波的传播。本发明能够获得多层结构的宽带、低交叉极化、宽扫描角的微带贴片相控阵天线单元。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种工作于S波段的宽带低交叉极化微带贴片相控阵天线单元。

背景技术

随着电子对抗技术及目标探测技术的快速进步，在近十年中相控阵雷达已经成为当前雷达技术发展的主流方向。相控阵雷达具备快速电子扫描、多波束、波束赋形等优势，可同时实现多目标探测、监视和跟踪，为了提高目标探测能力和增强抗电子干扰能力，要求相控阵雷达必须具备低交叉极化电平。天线系统作为雷达系统的关键前端部件，其性能直接决定着雷达的性能，而降低相控阵雷达交叉极化电平就得要求天线在满足带宽、增益、扫描角度等指标的前提下具备低交叉极化电平特性。天线的极化指的是在最大辐射方向上电磁波电场矢端的运动轨迹，实际工作中辐射远场的电场矢端除了在需要的方向上运动之外，还会在交叉方向上运动，我们将在需要方向上工作的极化称之为主极化，与主极化垂直的极化称之为交叉极化。

偶极子天线是典型的低交叉极化天线，但是普通的偶极子天线体积大、重量重、剖面高；且为了实现对偶极子的平衡馈电，其馈电结构需要采用巴伦设计，巴伦结构的存在进一步增加了天线设计难度，还增加了天线的体积和重量，故偶极子天线不适合用来制作相控阵天线。随着技术的发展，也由学者提出了一种印刷结构的偶极子天线，能够大大减小天线的体积和重量。如文献(周占伟,杨仕文,聂在平.S波段宽带低交叉极化印刷偶极子阵列天线的设计[J].电波科学学报,2008,23(002):280-283.)中的印刷偶极子天线，采用电路板印刷工艺在基板上集成了振子和馈电巴伦结构，其实测的交叉极化电平低于-35dB，但单个振子的高度依然达到了20mm，剖面依然比较高；且需要金属地板用来做支撑结构，体积和重量依然不够理想。

微带贴片天线具备剖面低、重量轻、体积小、馈电方式灵活、容易和微波电路集成的优势，因而在雷达系统中得到了广泛的应用。但其也存在明显的缺陷，比如带宽窄、交叉极化纯度不够高。微带贴片天线为典型谐振天线，依靠上层微带贴片和金属地板之间的谐振工作，故其带宽窄。例如当采用常规的微带线直接对微带贴片进行馈电时，由于微带线存在杂散辐射，会激励起贴片天线的高次模导致交叉极化偏高；采用探针进行馈电时，相比于微带线直接馈电交叉极化电平会有所降低，但是会引入寄生电感，寄生电感的存在会恶化阻抗匹配状态从而降低天线馈电效率及增益。

为了克服微带贴片带宽窄的缺陷，专利文献(一种宽带微带贴片天线，CN214542536U)提出了一种通过在贴片表面刻槽来增加谐振点从而提高微带贴片天线带宽的方法，带宽达到约27％，但槽的存在会破坏交叉极化纯度。

此外文献(J.D.Díaz,N.Aboserwal,J.T.Logan,R.W.Kindt and J.L.Salazar,Ultra-Low Cross Polarization Microstrip Patch Antennas for Phased Arrays,2019IEEE International Symposium on Phased Array SystemTechnology(PAST),2019,pp.1-4.)也提出了一种采用缝隙耦合馈电的微带贴片天线，采用耦合缝隙对微带贴片进行馈电，使其具备了低交叉极化的特性，且带宽也因为耦合馈电方式得到了一定程度的拓展，但由于其只采用单层贴片，带宽依然不够宽。

发明内容