[发明专利]一种高增益、大角度扫描、大单元间距的无栅瓣贴片天线阵列

说明书

本发明公开了一种高增益、大角度扫描、大单元间距的无栅瓣贴片天线阵列，包括天线单元，所述天线单元包括位于从上至下依次设置的介质基板和金属地板；所述介质基板顶面设置有椭圆形的贴片天线，金属地板上有两个矩形槽，椭圆形贴片和金属地板通过一列金属短路柱相接，所述金属地板底面设置馈电结构，介质基板的底面设置有微带馈电线，电磁场通过矩形槽由微带馈电线耦合到椭圆形贴片辐射体上，所述天线单元上的馈电结构连接BLC馈电结构，形成带有BLC馈电结构的天线单元，带有BLC馈电结构的天线单元沿x轴排列形成无栅瓣贴片天线阵列。本发明解决了现有技术中存在的馈电结构复杂且成本较高的问题。

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，具体涉及一种高增益、大角度扫描、大单元间距的无栅瓣贴片天线阵列。

背景技术

相控阵天线由于具有灵活的波束扫描、高跟踪精度、高增益等优点，被广泛用于雷达、测向、智能交通、微波遥感等不同应用中。波束扫描技术可以使主瓣波束对准目标，使辐射零点对准干扰，传统的相控阵天线为了避免出现栅瓣，通常采用紧凑的天线排布(天线单元间距小于半个波长)。具有相同阵列孔径的稀疏阵列可以提供与传统相控阵天线相当的辐射性能，且具有较少的天线单元数量，有助于降低成本。然而，大的单元间距会导致波束扫描时出现栅瓣，从而降低相控阵天线的扫描性能。因此，实现大间距天线阵列的栅瓣抑制对相控阵天线设计至关重要。

为了提高相控阵天线的性能，已有多种栅瓣抑制方法被提出和研究。一类是调节阵列的阵因子，利用不规则的排布和不均匀的激励来实现单元间距和栅瓣的均衡，但由于复杂的阵列结构和不规则的激励，整体实施较为复杂。另一类是通过设计天线单元或子阵列的方向图来抑制栅瓣。比如通过改变方向图可重构天线单元的辐射方向图(包括主瓣角度和零点位置)来抑制对应扫描角度的栅瓣，也可以通过结合天线单元不同模式的辐射方向图达到栅瓣抑制的效果。上述方法虽然能够有效抑制栅瓣，但需要复杂的馈电结构以及额外的射频链路和集总元件，增加了制造成本和实施难度。

因此，要在结构简单、易于加工、成本较低的情况下，实现高增益、大角度扫描、大单元间距的无栅瓣天线阵列是一项非常具有挑战性和研究价值的工作。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种高增益、大角度扫描、大单元间距的无栅瓣贴片天线阵列，通过采用分支线耦合器(BLC)作为馈电结构，合理地结合了天线单元的差模(DM)和共模(CM)方向图，得到合适的天线单元辐射特性，利用方向图乘积原理，发明了具有大扫描角度的大间距直线阵的栅瓣抑制方法，解决了现有技术中存在的馈电结构复杂且成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高增益、大角度扫描、大单元间距的无栅瓣贴片天线阵列，包括天线单元，所述天线单元包括位于从上至下依次设置的介质基板和金属地板；所述介质基板顶面设置有椭圆形的贴片天线，金属地板上有两个矩形槽，椭圆形贴片和金属地板通过一列金属短路柱相接，所述金属地板底面设置馈电结构，介质基板的底面设置有微带馈电线，电磁场通过矩形槽由微带馈电线耦合到椭圆形贴片辐射体上，所述天线单元上的馈电结构连接BLC馈电结构，形成带有BLC馈电结构的天线单元，带有BLC馈电结构的天线单元沿x轴排列形成无栅瓣贴片天线阵列。

所述椭圆形贴片的尺寸为10mm×5.5mm(a×b)，长度a的取值应接近工作频率的半波长；金属短路柱直径为r，间距为d₀；地板上的两个矩形槽尺寸为ls×ws，紧挨椭圆形贴片两侧。

所述介质基板为厚度为3mm的FR4介质基板，介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。

所述天线单元上的馈电结构由90°正交耦合器和微带传输线构成，输入端口为port1和port2，输出端微带线通过金属地板上的矩形槽耦合馈电。