一種圓極化二維大角度掃描相控陣的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線技術(shù)領域，特別設及一種應用于車載、機載、艦載和星載雷達系統(tǒng) 等多方面的相控陣天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 相控陣天線是隨著雷達系統(tǒng)發(fā)展而誕生的產(chǎn)物。早期雷達系統(tǒng)是通過機械旋轉(zhuǎn)的 方式來獲得較大的掃描區(qū)域，而相控陣天線是通過電控制陣元相位的方法來改變方向圖的 波束指向，從而覆蓋較大的掃描區(qū)域。將其應用于雷達系統(tǒng)便可W大大提高系統(tǒng)掃描速度， 為制導、探測、捜索、識別、捕獲和跟蹤提供了及時的信息，運對于雷達系統(tǒng)的發(fā)展而言起到 了至關重要的作用。相控陣天線的應用領域主要集中體現(xiàn)在國防軍事領域。在陸基系統(tǒng)中， 有地面預警相控陣雷達、防空導彈系統(tǒng)、衛(wèi)星跟蹤相控陣雷達天線等等;在空基系統(tǒng)中，有 戰(zhàn)斗機機載火控雷達，有最新的保形"智能蒙皮"天線等;在海基系統(tǒng)中，為了有效地解決水 面航母、艦艇編隊在復雜電磁干擾環(huán)境下抗擊空中、海上、海下多方向、多批次飽和攻擊的 威脅，大量的相控陣雷達被用于各類型艦艇上;在太空探索中，最具代表性的就是星載相控 陣雷達。此外，隨著商業(yè)用途的拓展，出現(xiàn)了用于預報氣象、海嘯、災后捜索存活生命的相控 陣天線。
[0003] 在集成化、輕量化發(fā)展趨勢的驅(qū)動之下，具有易于集成、重量輕等獨特優(yōu)勢的微帶 天線成為雷達天線很好的選擇。此外，相比于線極化天線，圓極化天線可W接收任意極化方 式的電磁波，能滿足使用者收發(fā)位置的隨意性。因此可見寬角度圓極化天線及其陣列在軍 事領域雷達系統(tǒng)中有巨大的應用潛力。
[0004] 文獻"毫米波方向圖可重構(gòu)天線及其相控陣研究"（發(fā)表期刊：2011年全國微波毫 米波會議論文集;發(fā)表日期:2011年;作者:王秉中，下霄），文章提出了一種可大角度掃描并 且增益較高的相控陣天線，該天線單元采用縫隙禪合饋電的方式，具體結(jié)構(gòu)為五層，包括貼 片層、上層介質(zhì)板、地板層、下層介質(zhì)板、饋電網(wǎng)絡層，通過改變饋電網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，使得天線 具有方向圖可重構(gòu)的特性。然后在此基礎上設計了一個1X4單元的寬角度線極化掃描直線 陣列。通過控制相控陣單元方向圖及各個單元的饋電相位，該相控陣能實現(xiàn)從-80°到+80° 范圍內(nèi)的一維大角度波束掃描。但其只進行了一維的波束掃描，并未拓展到二維層面上，而 且由于微帶天線本身的特性，使得普通的微帶相控陣掃描角度很窄，且此相控陣為線極化 福射，導致其應用受到很大的限制。
[0005] 文獻"A Wide Band,Dual diarized Patch Antenna for Wide Angle Scanning Phased Arrays(Doganay Dogan,2013-4-12)"將相控陣的掃描范圍擴展到二維面上，但其 工作需要由雙端口控制才能實現(xiàn)水平極化和垂直極化兩種工作方式，并且天線結(jié)構(gòu)較為復 雜、控制不便。
[0006] 文南犬"A Broad Beam-width Microstrip Cross Antenna Design for Wide Scan Angle Phased Array(Zhao Wang；Dongmei Dan；Shaoqiu Xiao；Mingchun Tang.IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on RF and Wireless Technologies for Biomedical and Healthcare Applications,2013-8-13)"對二維大角度掃描相控陣做了 改進，使其能夠福射圓極化波，但每個單元需要由兩個端口進行控制，降低了相控陣整體的 靈敏度。
[0007] 因此，如何將相控陣一維大角度掃描拓展到二維大角度掃描，且覆蓋面廣，是相控 陣天線中一個極富挑戰(zhàn)性的課題。此外，天線圓極化特性的實現(xiàn)也極為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)和問題，本發(fā)明提供了一種具有二維大角度掃描能力的相控陣天 線。本發(fā)明采用平面微帶結(jié)構(gòu)設計寬波束天線單元，并將單元進行恰當?shù)呐帕薪M成相控陣 天線，最后通過控制各個單元的饋電相位，實現(xiàn)了相控陣天線的二維大角度掃描功能。
[0009] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0010] -種圓極化縫隙天線單元，包括介質(zhì)基板、設于基板正面的饋電網(wǎng)絡、設于基板背 面的方環(huán)形福射縫隙、W及設于基板正下方的金屬反射板，其特征在于：
[0011] 所述基板為正方形基板；
[0012] 所述饋電網(wǎng)絡包括矩形饋電貼片、分別與饋電貼片相鄰兩邊連接的開路匹配枝節(jié) 與T型節(jié)、W及分別與T型節(jié)兩輸出端連接的長度不同的兩條微帶饋線；
[0013] 所述方環(huán)形福射縫隙設置于覆蓋基板背面的金屬福射貼片上，其中屯、與基板中屯、 重合；
[0014] 所述天線單元通過同軸線饋電，同軸線外導體與基板背面的福射貼片相連，內(nèi)導 體穿過基板連接饋電貼片；
[0015] 所述兩微帶饋線正交設置，其中與T型節(jié)90度彎折連接的微帶饋線比另一微帶饋 線長四分之一介質(zhì)波長，使得天線激勵起兩個幅度相等相位正交的激勵模，從而實現(xiàn)圓極 化；
[0016] 所述金屬反射板與介質(zhì)基板之間留有空隙層，通過支架支撐。
[0017] 所述圓極化天線單元等間距排列組成相控陣天線。
[0018] 相控陣天線單元的福射特性是相控陣波束覆蓋范圍大小的一個決定性因素，本發(fā) 明中相控陣天線的基本單元是一種微帶結(jié)構(gòu)的圓極化方環(huán)縫隙天線。通常相控陣天線單元 福射的是線極化波，例如背景當中的天線，考慮到圓極化天線的諸多優(yōu)點，W及雷達系統(tǒng)對 波束覆蓋面的要求，設計了本發(fā)明中的相控陣天線單元。上層貼片為饋電網(wǎng)絡層，每個單元 的饋電網(wǎng)絡包括一個T型節(jié)和一個開路匹配枝節(jié)，W及分別與T型節(jié)兩輸出端連接的長度不 同的兩條微帶饋線。首先由同軸線進行饋電，由T型節(jié)把下層端口饋入的能量一分為二，然 后經(jīng)過微帶線通過能量禪合的形式饋入福射縫隙，T型節(jié)分出的兩路微帶線長短不同，與T 型節(jié)90度彎折連接的微帶饋線比另一微帶饋線長四分之一介質(zhì)波長，目的是使天線激勵起 兩個幅度相等相位正交的激勵模，從而實現(xiàn)圓極化。進一步的，在天線下方約四分之一波長 距離的位置處放置金屬反射板，將天線的福射約束在上半空間。
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