一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元及阵列的制作方法

本发明属于天线，具体涉及一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元及阵列。

背景技术：

1、相控阵中多使用有源固态收发组件对天线单元进行馈电，具有扫描速度快和波束指向精准的优点。在目前相控阵的研究领域中，宽带广角覆盖相控阵天线的设计已成为一个重要趋势。宽角扫描平面阵列中，阵列不同切面的单元扫描有源驻波比的优化是当下阶段亟需解决的难题。同时随着电子战领域的不断发展，对大功率双极化相控阵天线的设计提出了更高的要求。

2、尽管目前已有相关可实现±60°扫描的相控阵天线刊出，但查阅文献可知，大多数相控阵天线仅给出方位俯仰二维平面的扫描特性，对于全平面(任意切面)下天线的有源驻波比仍存在不同程度的问题，且同时满足大功率、双极化同时工作的大角度全平面扫描相控阵天线仍是少之又少。

3、综上所述，为应对电子战领域的快速发展，研制同时具备大功率、宽带、大角度扫描、双极化同时工作的全平面扫描相控阵天线单元具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元及阵列，旨在如何在大功率、宽带、双极化同时工作的前提下，实现大角度全平面扫描。

3、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

4、一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，包括：金属辐射体、反射地板、十字匹配馈电板、周期介质匹配层、共模抑制柱和射频连接器；

5、所述金属辐射体为十字交叉结构，其四边留有缝隙凹槽，凹槽上方为指数型辐射边，凹槽中间留有半圆形匹配圆；

6、所述反射地板位于金属辐射体下方；

7、所述十字匹配馈电板镶嵌于金属辐射体的缝隙凹槽内部，其上设有印刷电路作为天线馈线；

8、所述介质匹配层位于金属辐射体上方；

9、所述共模抑制柱位于反射地板的四角；

10、所述射频连接器穿过反射地板与十字匹配馈电板连接，用于对整个天线单元进行馈电。

11、本发明进一步的技术方案：所述金属辐射体与反射地板、介质匹配层均通过螺钉连接。

12、本发明进一步的技术方案：所述反射地板为正方形，其边长与天线单元间距一致，其上设有两个圆形馈电孔，以便射频连接器穿过该孔与十字匹配馈电板连接。

13、本发明进一步的技术方案：所述十字匹配馈电板由四块长方形电路板组成，底部设有用于避让射频连接器的缺口。

14、本发明进一步的技术方案：所述印刷电路为带状线，作为天线馈电巴伦，其包括一扇形匹配段和一阻抗渐变段，分别实现容感性的宽带匹配和高阻抗到50ω标准阻抗的变换。

15、本发明进一步的技术方案：所述介质匹配层为圆形，紧贴金属辐射体上表面放置，直径为0.1λh～1λh，其中，λh为高频介质波长。

16、本发明进一步的技术方案：所述共模抑制柱有四个，每个共模抑制柱为1/4圆柱形状，直径为0.1λl～1λl，高度为0.1λh～1λh，其中λl为低频自由空间波长，λh为高频自由空间波长。

17、一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元的调试方法，其特征在于，包括：

18、通过调节半圆形匹配圆的直径来调节辐射效率；

19、通过调节介质匹配层的直径、厚度及介电常数，不仅能展宽天线扫描角度，而且完全对称的圆形结构能进一步提高天线全平面扫描特性；

20、通过调节共模抑制柱的直径、高度，来消除扫描盲区，实现宽带阻抗匹配，使得天线扫描角度得到展宽。

21、一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线阵列，其特征在于，包括多个上述的天线单元，多个天线单元成阵列分布，以反射地板的边长为天线单元的间距；

22、相邻天线单元的介质匹配层形成周期匹配层；

23、相邻天线单元的共模抑制柱形成一个完整圆柱；

24、相邻天线单元的十字匹配馈电板合并制作为一块。

25、本发明的有益效果在于：

26、本发明提供的一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元及阵列，单元采用全金属结构提高天线耐功率值，同时巧妙地将馈电板嵌入辐射体中，利用印刷带状线作为天线馈线，加入圆形介质匹配层与共模抑制柱展宽全平面扫描角度，匹配有源驻波；由该天线单元组成的阵列天线具有全平面大角度的良好扫描特性，解决了相控阵天线在不同平面扫描时的扫描盲区问题。

27、本发明解决了在大功率、宽带、双极化同时工作的前提下，实现大角度全平面扫描的问题，实现了全平面±60°的良好扫描特性，避免了传统相控阵天线在不同平面大角度扫描状态下有源驻波比恶化导致烧毁功放的问题，在大功率宽带宽角干扰相控阵领域具有良好的应用前景。

28、具体如下：

29、1、本发明天线单元的金属辐射体采用十字交叉结构，实现双线极化辐射。主体辐射部分及反射底板均为全金属材质，具有良好的耐大功率性能，单通道可耐100w功率。组阵后相邻辐射体紧密相连，近似满足电流片模型，紧靠着的单元产生互耦，以改善天线端口的匹配性能，能够展宽带宽。

30、2、本发明中的十字匹配馈电板，巧妙的嵌于金属辐射体侧面的缝隙凹槽结构中，其上的带状线电路作为天线馈线，仿真实验表明，通过选择合适的带状线形状及尺寸，可有效改善天线馈电部分的阻抗匹配性能，进而提高天线全平面辐射特性。

31、3、本发明创新性的在天线单元四角加入四个共模抑制柱，能消除扫描盲区，实现宽带阻抗匹配，使得天线扫描角度得到展宽。本发明采用圆形结构的周期介质匹配层，通过合理调控介质匹配层的直径、厚度及介电常数，不仅能展宽天线扫描角度，而且完全对称的圆形结构能进一步提高天线全平面扫描特性。以上多种手段共同实施，使得本发明天线可以实现1.5ghz-2.7ghz频段内，全平面±60°宽角度扫描(扫描有源驻波比≤3)。

1.一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，包括：金属辐射体(1)、反射地板(2)、十字匹配馈电板(3)、周期介质匹配层(5)、共模抑制柱(4)和射频连接器(6)；

2.根据权利要求1所述一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，所述金属辐射体(1)与反射地板(2)、介质匹配层(5)均通过螺钉连接。

3.根据权利要求1所述一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，所述反射地板(2)为正方形，其边长与天线单元间距一致，其上设有两个圆形馈电孔(201)，以便射频连接器(6)穿过该孔与十字匹配馈电板(3)连接。

4.根据权利要求1所述一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，所述十字匹配馈电板(3)由四块长方形电路板组成，底部设有用于避让射频连接器(6)的缺口(302)。

5.根据权利要求4所述一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，所述印刷电路为带状线，作为天线馈电巴伦，其包括一扇形匹配段和一阻抗渐变段，分别实现容感性的宽带匹配和高阻抗到50ω标准阻抗的变换。

6.根据权利要求1所述一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，所述介质匹配层(5)为圆形，紧贴金属辐射体(1)上表面放置，直径为0.1λh～1λh，其中，λh为高频介质波长。

7.根据权利要求1所述一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元，其特征在于，所述共模抑制柱(4)有四个，每个共模抑制柱为1/4圆柱形状，直径为0.1λl～1λl，高度为0.1λh～1λh，其中λl为低频自由空间波长，λh为高频自由空间波长。

8.一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线单元的调试方法，其特征在于，包括：

9.一种大功率大角度全平面扫描双极化相控阵天线阵列，其特征在于，包括多个权利要求1所述的天线单元，多个天线单元成阵列分布，以反射地板(2)的边长为天线单元的间距；