一种平面二维大角度扫描天线阵列

摘要

本发明公开了一种平面二维大角度扫描天线阵列，涉及天线技术领域，所述天线阵列包括第一阵列和第二阵列，其中，所述第一阵列包括N个互补偶极子天线，所述第二阵列包括M个互补偶极子天线，所述互补偶极子天线包括：介质基板；第一微带贴片，所述第一微带贴片设置在所述介质基板的上表面，其中，所述第一微带贴片具有一半开口凹槽；第二微带贴片，所述第二微带贴片设置在所述介质基板的上表面，且，所述第二微带贴片与所述第一微带贴片相垂直；地板，所述地板设置在所述介质基板底部；同轴馈电，所述同轴馈电贯穿所述介质基板设置；P个短路金属柱。达到了结构简单，布阵方式简单，扫描过程中副瓣电平低，增益波动小的技术效果。

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种平面二维大角度扫描天线阵列。

背景技术

传统的微带天线相控阵由于受到单元波束宽度及其单元间互耦的影响，主平面的扫描范围一般在-50°～50°，增益波动可达4-5dB。等间距布阵时，单元间距超过半波长时还会在可见区域内出现栅瓣，当进一步扩展扫描角度时会出现很大的旁瓣电平，这些都制约着平面大角度扫描相控阵的应用和发展。传统大角度扫描相控阵天线设计的思路是采用具有宽波束的微带贴片天线单元，然后通过等间距的布阵形式来实现阵列大角度扫描，但由于大多数时候所设计的微带贴片天线单元尺寸较大，所以阵元极限间距接近或大于栅瓣抑制条件所以天线阵列在进行大角度扫描时会出现较高的副瓣，影响其扫描特性。也有部分专家学者为了降低副瓣电平，采用稀布阵方式来实现大角度扫描特性，然而这种方法必须通过优化算法实现，增大了设计复杂度。另外，国内外大多数文献都只是对E面或H面进行一维直线阵列的大角度扫描研究，极少有关对平面相控阵的二维大角度扫描研究。

发明内容

本发明提供了一种平面二维大角度扫描天线阵列，用以解决现有技术中的微带贴片天线阵列不能进行二维大角度扫描的技术问题，达到了结构简单，布阵方式简单，扫描过程中副瓣电平低，增益波动小的技术效果。

本发明提供了一种平面二维大角度扫描天线阵列，所述天线阵列包括第一阵列和第二阵列，其中，所述第一阵列包括N个互补偶极子天线，所述第二阵列包括M个互补偶极子天线，所述互补偶极子天线包括：介质基板；第一微带贴片，所述第一微带贴片设置在所述介质基板的上表面，其中，所述第一微带贴片具有一半开口凹槽；第二微带贴片，所述第二微带贴片设置在所述介质基板的上表面，且，所述第二微带贴片与所述第一微带贴片相垂直；地板，所述地板设置在所述介质基板底部；同轴馈电，所述同轴馈电贯穿所述介质基板设置，且，所述同轴馈电的内芯与所述第二微带贴片连接，所述同轴馈电的外导体与所述地板连接；P个短路金属柱，所述P个短路金属柱等间距设置在所述第一微带贴片的一侧，且贯穿所述介质基板，使得所述第一微带贴片与所述地板相连接；其中，所述第二微带贴片的电流通过所述半开口凹槽耦合到所述第一微带贴片上之后，通过所述P个短路金属柱流入所述地板上。

优选的，所述天线阵列还包括:所述第一阵列设置在第一面上，所述第二阵列设置在所述第二面上，其中，所述第二面与所述第一面不同。

优选的，所述天线阵列还包括:N、M均为正整数，且N与M相等。。

优选的，所述天线阵列还包括:相邻的所述互补偶极子天线之间的间距相等。

优选的，所述地板的尺寸与所述介质基板的尺寸相同。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、在本发明实施例提供的一种平面二维大角度扫描天线阵列，所述天线阵列包括第一阵列和第二阵列，其中，所述第一阵列包括N个互补偶极子天线，所述第二阵列包括M个互补偶极子天线，所述互补偶极子天线包括：介质基板；第一微带贴片，所述第一微带贴片设置在所述介质基板的上表面，其中，所述第一微带贴片具有一半开口凹槽；第二微带贴片，所述第二微带贴片设置在所述介质基板的上表面，且，所述第二微带贴片与所述第一微带贴片相垂直；地板，所述地板设置在所述介质基板底部；同轴馈电，所述同轴馈电贯穿所述介质基板设置，且，所述同轴馈电的内芯与所述第二微带贴片连接，所述同轴馈电的外导体与所述地板连接；P个短路金属柱，所述P个短路金属柱等间距设置在所述第一微带贴片的一侧，且贯穿所述介质基板，使得所述第一微带贴片与所述地板相连接；其中，所述第二微带贴片的电流通过所述半开口凹槽耦合到所述第一微带贴片上之后，通过所述P个短路金属柱流入所述地板上。解决了现有技术中的微带贴片天线阵列不能进行二维大角度扫描的技术问题，达到了结构简单，布阵方式简单，扫描过程中副瓣电平低，增益波动小的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例中一种平面二维大角度扫描天线阵列的结构示意图；

图2为本发明实施例中一种平面二维大角度扫描天线阵列的互补偶极子天线的结构示意图；

图3为本发明实施例中一种平面二维大角度扫描天线阵列的互补偶极子天线的俯视图。

附图标记说明：1-第一微带贴片，2-第二微带贴片，3-介质基板，4-地板，5-短路金属柱，6-同轴馈电，7-半开口凹槽。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种平面二维大角度扫描天线阵列，用以解决现有技术中的微带贴片天线阵列不能进行二维大角度扫描的技术问题。

本发明实施例中的技术方案，总体结构如下：

本发明提供了一种平面二维大角度扫描天线阵列，通过所述天线阵列包括第一阵列和第二阵列，其中，所述第一阵列包括N个互补偶极子天线，所述第二阵列包括M个互补偶极子天线，所述互补偶极子天线包括：介质基板；第一微带贴片，所述第一微带贴片设置在所述介质基板的上表面，其中，所述第一微带贴片具有一半开口凹槽；第二微带贴片，所述第二微带贴片设置在所述介质基板的上表面，且，所述第二微带贴片与所述第一微带贴片相垂直；地板，所述地板设置在所述介质基板底部；同轴馈电，所述同轴馈电贯穿所述介质基板设置，且，所述同轴馈电的内芯与所述第二微带贴片连接，所述同轴馈电的外导体与所述地板连接；P个短路金属柱，所述P个短路金属柱等间距设置在所述第一微带贴片的一侧，且贯穿所述介质基板，使得所述第一微带贴片与所述地板相连接；其中，所述第二微带贴片的电流通过所述半开口凹槽耦合到所述第一微带贴片上之后，通过所述P个短路金属柱流入所述地板上。达到了布阵方式简单，扫描过程中副瓣电平低，增益波动小的技术效果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供了一种平面二维大角度扫描天线阵列，所述天线阵列包括第一阵列和第二阵列，其中，所述第一阵列包括N个互补偶极子天线，所述第二阵列包括M个互补偶极子天线，请参考图1，所述互补偶极子天线包括：

介质基板3；第一微带贴片1，所述第一微带贴片1设置在所述介质基板 3的上表面，其中，所述第一微带贴片1具有一半开口凹槽7；

具体而言，如图2所示，所述介质基板3采用相对介电常数为ε_r，厚度为h，其长度和宽度分别设为L和W，所述第一微带贴片1设置在所述介质基板3的上表面，所述第一微带贴片1为横向微带贴片，其长度和宽度分别设为Ls和Ws，且所述第一微带贴片1具有一半开口凹槽7，所述半开口凹槽7>

第二微带贴片2，所述第二微带贴片2设置在所述介质基板3的上表面，且，所述第二微带贴片2与所述第一微带贴片1相垂直；

具体而言，所述第二微带贴片2设置在所述介质基板3的上表面，且与所述第一微带贴片1相垂直，所述第二微带贴片2为纵向微带贴片，也就说，所述第二微带贴片2沿Y轴放置，所述第一微带贴片1沿X轴放置其长度和宽度分别设为Lm和Wm。

地板4，所述地板4设置在所述介质基板3底部；

进一步的，所述地板4的尺寸与所述介质基板3的尺寸相同。

具体而言，所述地板4位于所述介质基板3的下表面，且所述地板4与所述介质基板3相贴合，且两者的大小相同。

同轴馈电6，所述同轴馈电6贯穿所述介质基板3设置，且，所述同轴馈电6的内芯与所述第二微带贴片2连接，所述同轴馈电6的外导体与所述地板4连接；

具体而言，所述同轴馈电6的内芯与所述第二微带贴片2连接，距离第二微带贴片底边距离设为k，外导体与所述地板4连接，通过所述同轴馈电6 进行馈电激励。

P个短路金属柱5，所述P个短路金属柱5等间距设置在所述第一微带贴片1的一侧，且贯穿所述介质基板3，使得所述第一微带贴片1与所述地板4 相连接；其中，所述第二微带贴片2的电流通过所述半开口凹槽7耦合到所述第一微带贴片1上之后，通过所述P个短路金属柱5流入所述地板4上。

具体而言，如图3所示，所述P个短路金属柱5位于所述第一微带贴片1 的一侧且等间距分布，其半径设为r，相邻金属柱体中心间距设为d，并穿过所述介质基板3与所述地板4相连接。所述第二微带贴片2上的电流通过所述半开口凹槽7耦合到所述第一微带贴片1上，再通过所述P个短路金属柱5 流回到所述地板4，所述P个短路金属柱5可通过金属过孔实现，进一步的，上述参数L、W、Ls、Ws、Lm、Wm、b、a、c、r、d、k均可通过软件优化仿真得到。

进一步的，所述天线阵列还包括:所述第一阵列设置在第一面上，所述第二阵列设置在所述第二面上，其中，所述第二面与所述第一面不同。

进一步的，所述天线阵列还包括:N、M均为正整数，且N与M相等。。

进一步的，所述天线阵列还包括:相邻的所述互补偶极子天线之间的间距相等。

具体而言，所述第一面为E面，所述第二面为H面，即，在所述E面上由所述N个互补偶极子天线构成所述第一阵列，在所述H面上由所述M个互补偶极子天线构成所述第二阵列，且所述N、M均为正整数，且N与M相等。，换句话说，所述互补偶极子天线在E面和H面进行等间距布阵组成平面天线阵列，通过平面等间距布阵很好地在E面和H面实现-70°～70°的二维大角度扫描，且扫描过程中阵元的有源驻波良好，增益波动较小于3dB，副瓣电平较低的技术效果。

实施例二

下面对本发明的一种平面二维大角度扫描天线阵列的使用方法进行详细说明，具体如下：

以8*8天线阵列为例，如图1所示，采用商业电磁仿真软件HFSS对8*8 天线阵列进行仿真计算，可以得到天线阵列在E面不同角度扫描时二维直角坐标方向图，当所述天线阵列在E面波束扫描范围为-70°～70°时，半功率波束宽度可以覆盖到整个上半空间，整个扫描过程副瓣电平较低，同时阵列的增益在边射时最大可达21.6dB，然后随着扫描角度的增加而逐渐呈下降的趋势，但总体来说，阵列扫描的增益波动基本控制在3dB范围之内。

进一步的，可以得到天线阵列在H面不同角度扫描时二维直角坐标方向图，当阵列在H面波束扫描范围为-70°～70°时，半功率波束宽度同样可以覆盖到整个上半空间，整个扫描过程副瓣电平较低，同时阵列的增益在边射时最大可达21.6dB，然后随着扫描角度的增加而逐渐呈下降的趋势，但总体来说，阵列扫描的增益波动基本控制在3dB范围之内，因此，所述天线阵列具有二维大角度扫描特性，且达到了在扫描过程中副瓣电平低，增益波动小的技术效果。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、在本发明实施例提供的一种平面二维大角度扫描天线阵列，所述天线阵列包括第一阵列和第二阵列，其中，所述第一阵列包括N个互补偶极子天线，所述第二阵列包括M个互补偶极子天线，所述互补偶极子天线包括：介质基板；第一微带贴片，所述第一微带贴片设置在所述介质基板的上表面，其中，所述第一微带贴片具有一半开口凹槽；第二微带贴片，所述第二微带贴片设置在所述介质基板的上表面，且，所述第二微带贴片与所述第一微带贴片相垂直；地板，所述地板设置在所述介质基板底部；同轴馈电，所述同轴馈电贯穿所述介质基板设置，且，所述同轴馈电的内芯与所述第二微带贴片连接，所述同轴馈电的外导体与所述地板连接；P个短路金属柱，所述P个短路金属柱等间距设置在所述第一微带贴片的一侧，且贯穿所述介质基板，使得所述第一微带贴片与所述地板相连接；其中，所述第二微带贴片的电流通过所述半开口凹槽耦合到所述第一微带贴片上之后，通过所述P个短路金属柱流入所述地板上。解决了现有技术中的微带贴片天线阵列不能进行二维大角度扫描的技术问题，达到了结构简单，布阵方式简单，扫描过程中副瓣电平低，增益波动小的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。