[發(fā)明專利]一種超寬帶Vivaldi圓極化相控陣天線單元

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810575732.1
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108736147A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜兆能;稅明月;喬旭光;黃英;楊明武;宣曉峰;劉建;趙曉燕;劉凡;潘俊
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q19/10;H01Q15/24;H01Q1/50;H01Q21/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發(fā)明提供了一種超寬帶Vivaldi圓極化相控陣天線單元，是由四個相同的立體結(jié)構(gòu)的Vivaldi天線本體和金屬反射板組成；Vivaldi天線本體包括：一對脊臂及其相連通的天線腔體、矩形槽、矩形諧振腔、圓柱同軸外導(dǎo)體、圓柱同軸內(nèi)導(dǎo)體以及圓柱同軸饋電接口，并是以一對脊臂為輻射區(qū)，以矩形槽為傳輸區(qū)，以圓柱同軸外導(dǎo)體、圓柱同軸內(nèi)導(dǎo)體和圓柱同軸饋電接口為饋電區(qū)，從而利用輻射區(qū)、傳輸區(qū)和饋電區(qū)實現(xiàn)能量的接收和發(fā)送。本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)代雷達技術(shù)對工作帶寬、掃描角度等指標要求，設(shè)計出的超寬帶Vivaldi圓極化相控陣天線單元具有寬頻帶、圓極化性能極佳、可實現(xiàn)俯仰±35°掃描等優(yōu)良性能，同時具有小型化、結(jié)構(gòu)簡單、損耗低等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超寬帶天線技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是一種超寬帶Vivaldi圓極化相控陣天線單元。

背景技術(shù)

隨著無線射頻技術(shù)的進步，線極化天線已經(jīng)不適用于的特殊的設(shè)備要求。在遠距離傳輸和抗干擾方面，圓極化天線有顯著的優(yōu)勢，圓極化波在雨雪中傳播衰減小，能穿透電離層，不受地球磁場產(chǎn)生的法拉第效應(yīng)影響。同時，圓極化天線能有效抑制多徑干擾或多徑衰落，且不要求發(fā)射和接收設(shè)備天線間的嚴格方位對準。因此，圓極化天線在無線通信領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)階段圓極化天線有以下幾種形式，在性能上雖各有特點，但均存在某種不足。

1、微帶天線，由于具有低剖面、易加工、低成本、易共形等眾多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于各種無線通信系統(tǒng)中，可以通過單饋點、雙饋點和串饋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)圓極化。單饋點結(jié)構(gòu)簡單，但是軸比帶寬一般較窄，而且加工公差較難控制；雙饋點結(jié)構(gòu)可以有效抑制不需要的高次模，具有較高的極化純度和更寬的軸比帶寬，缺點是需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)且天線體積較大；串饋結(jié)構(gòu)軸比帶寬寬，但是饋電網(wǎng)絡(luò)不易設(shè)計且體積較大；

2、基片集成波導(dǎo)天線，是近年來提出的一種可以在PCB、LTCC等工藝上實現(xiàn)，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的矩形金屬波導(dǎo)的類波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，大大減小了天線的體積，很適用于高頻微波毫米波系統(tǒng)的設(shè)計。但由于其發(fā)展還不夠成熟，其內(nèi)部激勵的模式比較復(fù)雜，導(dǎo)致圓極化軸比帶寬比較窄，同時加工工藝難度較大，成本高；

3、螺旋天線，最早是由美國俄亥俄大學(xué)的約翰克勞斯在其1947年的論文中提出，螺旋天線發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了非常多的形式，其中比較典型的是多臂螺旋天線和平面螺旋天線。多臂膀螺旋天線具有非常好的超寬帶特性，但尺寸較大，不利于小型化。而平面螺旋天線雖然符合低剖面設(shè)計的要求，但是為了得到較好的圓極化特性，天線仍相對較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種高強度、小型化、安裝簡單、造價低廉的超寬帶Vivaldi圓極化相控陣天線單元，以期能實現(xiàn)圓極化，并實現(xiàn)超寬帶軸比帶寬，從而使得天線可以抑制雨霧反射雜波等干擾，更好地接收和發(fā)射系統(tǒng)信息。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種超寬帶Vivaldi圓極化相控陣天線單元，由四個呈中心對稱布設(shè)于金屬反射板上的立體結(jié)構(gòu)的Vivaldi天線本體構(gòu)成，所述Vivaldi天線本體的結(jié)構(gòu)設(shè)置為：

以脊臂及其相連通的天線腔體構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，在所述脊臂底部、位于天線腔體的上部設(shè)置一矩形槽，所述矩形槽的一端與天線腔體內(nèi)的矩形諧振腔相連通，另一端彎折向上、與脊臂內(nèi)曲面的下邊緣兩側(cè)相連通，以所述矩形槽形成矩形諧振腔內(nèi)震蕩所得加強的電磁波向所述一對脊臂的引導(dǎo)傳輸；

圓柱同軸饋電接口設(shè)置于所述天線腔體的底面、與所述金屬反射板相連通，圓柱同軸內(nèi)導(dǎo)體套裝于圓柱同軸外導(dǎo)體內(nèi)、整體設(shè)于所述天線腔體內(nèi)、底端分別與所述圓柱同軸饋電接口相連通，所述圓柱同軸內(nèi)導(dǎo)體的頂端穿過所述矩形槽與矩形槽的頂部邊緣相連通，所述圓柱同軸外導(dǎo)體的頂端與所述矩形槽的底部邊緣相連通；

所述超寬帶Vivaldi圓極化相控陣天線單元是以一對脊臂為輻射區(qū)，以矩形槽為傳輸區(qū)，以圓柱同軸內(nèi)導(dǎo)體、圓柱同軸外導(dǎo)體及圓柱同軸饋電接口為饋電區(qū)，從而利用輻射區(qū)、傳輸區(qū)與饋電區(qū)實現(xiàn)能力的接收和發(fā)送。