1.本发明涉及电磁波探测技术领域，人工特别是表面瓣波涉及一种人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线。
背景技术：
2.频扫天线常常被应用在雷达探测领域。等离的宽带全低旁近年来对于低、激元角度慢、馈电小目标的束扫探测需求越来越高，天线作为雷达系统中的描天关键设备面临着更加苛刻的性能要求。在雷达探测中，人工天线的表面瓣波波束扫描角度范围应尽可能宽，这样雷达就可以使用较少的等离的宽带全低旁天线在较宽的空间区域内跟踪目标。采用了人工表面等离激元馈电金属辐射贴片阵列方式的激元角度频扫天线可以有效增加天线阻抗带宽和波束扫描角范围。但是馈电天线的扫描波束对应角度往往以边射方向为中心，无法扫描到端射方向，束扫产生了扫描盲区，描天因而无法实现全角度扫描，人工在大角度扫描时波束的旁瓣水平也会随之提高。所以，实现宽频段内全角度(180
°
)扫描和低旁瓣水平(-10db)，是亟需解决的一个问题。
技术实现要素：
3.本发明的目的是提供一种人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线，能够实现在宽带范围内进行全角度范围波束扫描的同时具有低旁瓣特性，为低、慢、小目标雷达探测系统提供了支持。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线，包括：
6.介质板；
7.表面等离激元馈电线，设置于所述介质板的上表面；
8.贴片辐射层，设置于所述介质板的上表面，且位于所述表面等离激元馈电线的两侧；
9.金属地结构，设置于所述介质板的下表面；
10.第一金属辐射结构，设置于所述介质板的上表面，且与所述表面等离激元馈电线的一端连接；
11.第二金属辐射结构，设置于所述介质板的下表面。
12.可选的，所述介质板为f4b介质板，介电常数为2.65，损耗角正切为0.001。
13.可选的，所述表面等离激元馈电线包括：
14.第一微带线；
15.第一过渡段，与所述第一微带线连接；
16.传输线，与所述过渡段连接；
17.第二过渡段，与所述传输线连接。
18.可选的，所述第一过渡段、传输线、第二过渡段均包括多个表面等离激元单元；
19.所述表面等离激元单元包括：
20.中心馈点条线；
21.一对矩形贴片，设置于所述中心馈点条线的两侧，并与所述中心馈点条线连接；
22.一对开口谐振环，与多个所述矩形贴片连接。
23.可选的，所述贴片辐射层为卵圆形贴片辐射层。
24.可选的，所述第一金属辐射结构包括：
25.第二微带线，其一端与所述第二过渡段连接；
26.第一渐变式辐射器，与所述第二微带线的另一端连接。
27.可选的，所述金属地结构包括：
28.第一金属地结构和第二金属地结构；
29.所述第一金属地结构和所述第二金属地结构互相不连接；
30.所述第一金属地结构和所述第二金属地结构的边缘线遵从指数函数关系。
31.可选的，所述第二金属辐射结构包括：
32.巴伦，与所述第二金属地结构连接；
33.第二渐变式辐射器，与所述巴伦连接。
34.可选的，所述第一过渡段的开口谐振环间隙角呈梯度变化，分别为315
°
、255
°
、195
°
、135
°
、75
°
、15
°
；
35.所述第二过渡段与所述第一过渡段对称，所述第二过渡段的开口谐振环呈反向梯度变化。
36.可选的，所述开口谐振环的内外半径分别为0.64mm和0.44mm。
37.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
38.本发明提供了一种人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线，在金属地的上表面敷有介质板，该介质板上敷有表面等离激元馈电线和卵圆形贴片辐射层。金属地、介质板、表面等离激元馈电线组成馈电结构，在不同频段分别对卵圆形贴片辐射层对跖vivaldi辐射器结构馈电；所述介质板、表面等离激元馈电线和卵圆形贴片辐射层组成的耦合馈电结构能够扩展频扫天线的扫描范围。所述介质板、表面等离激元馈电线和对跖vivaldi辐射器能够辐射至端射方向，覆盖到频扫天线的扫描盲区，总体波束扫描角度范围能够达到全角度。所述金属贴片辐射层构成锥形衰减常数分布，能够降低在频扫模式下天线的旁瓣水平。本发明所提供的人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线能够实现4-12ghz宽带(相对带宽100％)内全角度(180
°
)的扫描范围，最大旁瓣水平不超过-10db。能够实现在宽带范围内进行全角度范围波束扫描的同时具有低旁瓣特性，为低、慢、小目标雷达探测系统提供了支持。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线的总体架构图；
41.图2为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线上表面的俯视图；
42.图3为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线下表面的俯视图；
43.图4为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线的微带线到表面等离激元传输线之间的过渡段的俯视图；
44.图5为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线的表面等离激元传输线和卵圆形金属贴片的部分结构俯视图；
45.图6为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线在4ghz、5.7ghz、7ghz、8ghz、10ghz、以及12ghz频点处的远场方向图仿真结果示意图。
46.附图标记
47.金属地结构1，介质板2，表面等离激元馈电线3，第二金属辐射结构4，第一金属辐射结构5，第一金属地结构1-1，第二金属地结构1-2，贴片辐射层2-1，第一微带线3-1，第一过渡段3-2，传输线3-3，第二过渡段3-4，巴伦4-1，第二渐变辐射器4-2，第二微带线5-1，第一渐变式辐射器5-2，矩形贴片6-1，中心馈点条线6-2，开口谐振环6-3。
具体实施方式
48.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，所描述的实施例仅仅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。
49.本发明的目的是提供一种人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线，能够实现在宽带范围内进行全角度范围波束扫描的同时具有低旁瓣特性，为低、慢、小目标雷达探测系统提供了支持。
50.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
51.图1为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线的总体架构图，如图1所示，本发明中的天线包括：
52.介质板2；
53.表面等离激元馈电线3，设置于所述介质板的上表面；
54.贴片辐射层2-1，设置于所述介质板2的上表面，且位于所述表面等离激元馈电线的两侧；
55.金属地结构1，设置于所述介质板2的下表面；即，所述介质板2敷于所述金属地结构1的上表面，其中，本实施例中敷于指前者印刷于后者之上。
56.第一金属辐射结构5，设置于所述介质板2的上表面，且与所述表面等离激元馈电线3的一端连接；
57.第二金属辐射结构4，设置于所述介质板2的下表面。
58.其中，第一金属辐射结构5和第二金属辐射结构4以及介质板2构成对跖vivaldi辐射。
59.其中，所述人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线的整体尺寸为384mm
×
70mm
×
0.508mm，整个人工表面等离激元频扫天线都采用f4b介质基板，该介质板的相对介电常数为2.65，损耗角正切为0.001。
60.图2为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线上表面的俯视图。所述贴片辐射层2-1具体是卵圆形贴片辐射层，敷于所述介质板2的上表面，由23个卵圆形贴片单元组成；所述卵圆形贴片单元之间的间距约为中心频点对应波长的二分之一。卵圆形贴片相比于其他结构能够有效改善天线的反射系数，提高天线的辐射效率，且卵圆形贴片分布在馈电线两侧时能够有效和馈电线进行能量耦合，提高天线的辐射效率。
61.作为一种优选的实施方式，所述卵圆形贴片单元至表面等离激元馈电线3的距离各不相同，在天线孔径长度上呈现锥形排布，通过改变所述卵圆形贴片至中心线的距离实现能够天线表面上的余弦孔径场分布，进而实现衰减常数锥形分布，使最终在5.7-12ghz频段内辐射波束的旁瓣水平呈现较低水平。
62.所述表面等离激元馈电线3敷于介质板2的上表面，表面等离激元馈电线3从左至右包括以下结构：第一微带线3-1、第一微带线3-1到表面等离激元传输线3-3之间的第一过渡段3-2、表面等离激元传输线3-3以及表面等离激元传输线3-3到第二微带线5-1之间的第二过渡段3-4。第一过渡段3-2、第二过渡段3-4以及表面等离激元传输线3-3均由许多个表面等离激元单元构成，如图4所示，所述表面等离激元单元由一对小方形贴片6-1以及该方形贴片所连接的中心馈点条带6-2和一对中心对称的开口谐振环6-3组成，所述开口谐振环的内外半径分别为0.64mm和0.44mm；如图4所示，在微带线3-1到表面等离激元传输线3-3之间的过渡段3-2的表面等离激元单元上的开口谐振环间隙角呈梯度变化，实现有效的模态转换。第二过渡段3-4和第一过渡段3-2为对称结构，表面等离激元单元上的开口谐振环间隙角呈反向梯度变化。所述表面等离激元馈电线左侧端口与外界激励源的端口连接。
63.所述vivaldi辐射器的第一金属辐射结构6敷于所述介质板2的上表面，由第二微带线5-1和第一渐变式辐射器5-2构成。所述第二微带线与表面等离激元馈电线3中的第二过渡段3-4相接。
64.图3为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线下表面的俯视图。所述金属地结构1中的结构1-1和1-2边缘线的曲线遵从指数函数关系。
65.所述vivaldi辐射器的第二金属辐射结构4贴于所述介质板2的下表面，由巴伦4-1和第二渐变式辐射器4-2组成。
66.所述vivaldi辐射器结构的几何尺寸为94mm*70mm*0.508mm，其渐变式辐射器具有齿状槽结构，在4-5ghz内能够使天线辐射波束具有较大的半功率波瓣宽度，可以覆盖到频扫天线的端射方向扫描盲区。
67.图4为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线的第一微带线3-1到表面等离激元传输线3-3之间的第二过渡段3-2的俯视图。所述在第一微带线3-1到表面等离激元传输线3-3之间的过渡段3-2的开口谐振环间隙角呈梯度变化，分别为315
°
、255
°
、195
°
、135
°
、75
°
、15
°
，实现有效的模态转换。所述表面等离激元单元由一对小方形贴片6-1以及该方形贴片所连接的中心馈点条带6-2和一对中心对称的开口谐振环6-3组成，所述开口谐振环的内外半径分别为0.64mm和0.44mm；在微带线3-1到表面等离激元传输线3-3之间的过渡段3-2的表面等离激元单元上的开口谐振环间隙角呈梯度变化，实现有效
的模态转换。第二过渡段3-4和第一过渡段3-2为对称结构，表面等离激元单元上的开口谐振环间隙角呈反向梯度变化。
68.图5为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线的表面等离激元传输线3-3和卵圆形贴片2-1的部分结构俯视图。所述卵圆形贴片2-1由两个二分之一半椭圆组成，等间隔地分布在表面等离激元馈电线两侧，所述金属贴片之间的间距约为中心频点对应波长的二分之一。
69.图6为本发明人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线在4ghz、5.7ghz、7ghz、8ghz、10ghz、以及12ghz频点处的远场方向图仿真结果。4ghz时主波束方向指向-90
°
并且具有较大的半功率波瓣宽度，达到126
°
。随着频率的增加，辐射波束分裂成两束，主波束方向从90
°
变化到-31
°
，波束扫描范围为121
°
。在5.7ghz-12 ghz的频段内，天线实现了漏波辐射。综上，所述宽带全角度扫描的低旁瓣人工表面等离激元馈电频扫天线可以同时辐射表面波的慢波能量和快波能量，实现在4-12ghz频段频段内180
°
的扫描范围，整个频带内的旁瓣水平小于-10db
70.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。