基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线，属于微波天线技术领域。该相控阵天线由周期排列的透镜天线单元组成，透镜天线单元包括麦克斯韦鱼眼透镜、金属腔、五个微带贴片天线；麦克斯韦鱼眼透镜为圆柱体结构，由从上至下半径逐渐增大的若干层圆形透镜同心嵌套组成。本发明专利技术相控阵天线稀疏率达到72.4％，可以实现

【技术实现步骤摘要】
基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线


[0001]本专利技术属于微波天线
，具体涉及一种基于麦克斯韦鱼眼透镜的大间距栅瓣抑制的稀疏相控阵天线。

技术介绍

[0002]随着现代通信技术的迭代更新，相控阵天线技术凭借其电扫特性，广泛应用于各类通信系统当中，例如各类雷达、基站等设备。但是，由于相控阵系统高昂的造价，提高了雷达系统的整体成本，其中T/R组件占据了整个相控阵系统的60％至80％的成本，因此，在保持辐射特性不变的同时，减少T/R组件的数量，是当前低成本相控阵研究的热点方向之一。但是，通过扩大间距，减少T/R组件数量的方法会引发栅瓣出现和阵列天线增益损失等问题，因此，研究辐射特性保持良好的大间距低成本稀疏相控阵天线技术显得尤为重要。
[0003]专利文献CN113851833A(申请号CN202111220999.7)公开发布了一种基于方向图可重构子阵技术的栅瓣抑制宽角扫描相控阵天线，该天线由若干周期排列的子阵组成，阵元间距在y方向为1λ，x方向为0.5λ，通过子阵方向图与阵因子方向图进行零点对准，在频段内实现xoz面
±
50
°
扫描和yoz面
±
30
°
扫描，栅瓣抑制到
‑
8.6dB以下。从而消除大间距阵列引起的栅瓣。但是这种方法会导致阵列天线的增益损失，并且大间距方向扫描角度有限，多层结构和子阵复杂的馈电网络设计也会影响天线加工的难度和工作时的稳定性。
[0004]专利文献CN112803174A(申请号CN202110104425.7)公开发布了一种基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法，该天线也是由多层结构组成，单元间距为0.8λ，采用零点对准的方法抑制大间距排布引起的栅瓣，实现
±
55
°
扫描。但是，这种多层结构复杂，加工难度高，工作稳定性有限，并且阵元间距仅扩大为0.8λ，T/R组件减少的数量有限，不能显著降低相控阵天线系统的成本。
[0005]专利文献CN111985145A(申请号CN201910423768.2)公开发布了一种大间距相控阵天线栅瓣抑制方法，该方法通过遗传优化算法，对天线阵元的位置信息进行遗传算法优化，实现栅瓣抑制到
‑
8dB以下。但是，这种方法使得相控阵天线系统后端的射频电路、T/R组件和功分电路设计变得十分复杂，提高了整个天线系统设计的复杂成度，不适用于实际的工业生产。
[0006]专利文献CN114678688A(申请号CN202210418800.X)公开发布了一种低成本相控阵新型馈电网络，该馈电网络由多个单层C
‑
BFN组成，最终实现移相器减少56％的效果。但是这种方法能量损耗较大，且扫描角度受到阵元间距限制，当阵元间距不小于0.5λ时，天线的扫描角度将小于30
°
。
[0007]专利文献CN114421178A(申请号CN202210336470.X)公开发布了一种龙伯透镜相控阵天线，采用龙伯透镜进行波束偏转，切换不同的馈源，即可实现不同角度的波束偏转。这种方法可以提高增益，扩展扫描角度，但是扫描精度有限，且龙伯透镜剖面较高，有时需要将天线阵列设计成弧形排列，紧贴在透镜边缘进行馈电，对于实际工业应用有一定阻碍。
[0008]大间距天线阵列目前遇到的两个主要问题：1.栅瓣抑制，2.增益损失。因此，对于
低成本相控阵天线的研究应注意以下几点：1.抑制大间距布阵引起的栅瓣，2.降低增益损失，保持辐射特性基本稳定，3.天线结构应尽可能简单，保证天线工作时的稳定性。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对以上技术背景当中提及的不足之处进行改进，提出一种基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线。
[0010]本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]一种基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线，该相控阵天线由M
×
N(M、N为任意正整数)个周期排列的透镜天线单元组成，其特征在于，所述透镜天线单元间的中心距为(>1λ)，λ为工作中心频率对应的自由空间波长。
[0012]所述透镜天线单元，包括低剖面麦克斯韦鱼眼透镜、金属腔、五个微带贴片天线；
[0013]所述低剖面麦克斯韦鱼眼透镜为圆柱体结构，由从上至下半径逐渐增大的K(K为大于5的正整数)层圆形透镜同心嵌套组成，其中最上层的透镜为圆形薄片，其他层的透镜为中心挖空有圆形凹槽的圆形薄片，且从上至下各层透镜的介电常数依次降低。
[0014]五个所述微带贴片天线一维排列，其中，两侧的微带贴片天线作为哑元，中间的三个微带贴片天线作为辐射单元，控制激励源的工作方式，实现方向图重构。
[0015]所述金属腔，由方形金属围栏及地板共同构成；所述低剖面麦克斯韦鱼眼透镜位于金属腔内部，所述微带贴片天线嵌套于金属腔地板上。
[0016]进一步地，所述低剖面麦克斯韦鱼眼透镜中最底层透镜的外侧切除4个圆弧部分，且4个切除面分别平行于方形金属围栏的4个面，有利于阻断能量在透镜边缘聚集，提高整体增益效果。
[0017]透镜天线采用最简单的微带贴片天线作为透镜的馈源，通过射频开关选择所需激励的微带贴片天线，进而控制天线的辐射方向；微带贴片天线11辐射正角度方向、微带贴片天线12辐射法线方向、微带贴片天线13辐射负角度方向，天线工作时，每个天线单元有且仅有一个贴片天线进行工作。当阵列扫描0
°
至
±
10
°
时，同时激励各个单元的微带贴片天线12，当阵列扫描10
°
至43
°
时，同时激励各个单元的微带贴片天线11，当阵列扫描
‑
10
°
至
‑
43
°
时，同时激励各个单元的微带贴片天线13，有效抑制1.82λ大间距布阵在进行0
°
至
±
43
°
扫描时产生的栅瓣。
[0018]本专利技术的创新点是：
[0019](1)本专利技术提出了一种基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线，抑制了大间距稀疏阵宽角扫描时出现的栅瓣，天线单元间距为1.82λ，在天线频带内实现0
°
至
±
43
°
扫描，SLL保持在
‑
7.4dB以下，有效抑制栅瓣。
[0020](2)本专利技术提出了一种基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线，节省了T\R组件数量，降低相控阵雷达成本，相比半波长满阵阵列，实现72.4％稀疏率，省去T/R组件21个(满阵需要29个)。
[0021](3)本专利技术提出了一种基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线，弥补了稀疏阵列导致的增益损失，零度增益20.6dB，高于满阵时的0
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低剖面麦克斯韦鱼眼透镜的大间距稀疏相控阵天线，该相控阵天线由M
×
N个周期排列的透镜天线单元组成，其特征在于，所述透镜天线单元间的中心距为大于工作中心频率对应的自由空间波长；所述透镜天线单元，包括低剖面麦克斯韦鱼眼透镜、金属腔、五个微带贴片天线；所述低剖面麦克斯韦鱼眼透镜为圆柱体结构，由从上至下半径逐渐增大的K层圆形透镜同心嵌套组成，其中最上层的透镜为圆形薄片，其他层的透镜为中心挖空有圆形凹槽的圆形薄片，且从上至下各层透镜的介电常数依次降低；五个所述微带贴片天线一维排列，其中，两侧的微带贴片天线作为哑元，中间的三个微带贴片天线作为辐射单元，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁霄，韩刘远志，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：