[發(fā)明專利]基于末端重疊的雙極化緊耦合相控陣天線

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910839951.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-06
• 公開（公告）號(hào): CN110707421A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾葦;于洋;張凱旭;管靈;丁大志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/38
• 分類號(hào): H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q9/28;H01Q15/00;H01Q21/06
• 代理公司: 32203 南京理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 吳茂杰

本發(fā)明公開一種基于末端重疊的雙極化緊耦合相控陣天線，包括多個(gè)周期排布的陣列單元，所述陣列單元包括正方形介質(zhì)基板(1)，偶極子天線(2)，介質(zhì)寬角匹配層(3)，饋電結(jié)構(gòu)(4)，金屬地板(5)；所述介質(zhì)寬角匹配層(3)疊置于介質(zhì)基板(1)上表面，偶極子天線(2)緊貼于介質(zhì)基板(1)下表面，所述金屬地板(5)平行置于介質(zhì)基板(1)之下，所述饋電結(jié)構(gòu)(4)置于介質(zhì)基板(1)與金屬地板(5)之間，上端與偶極子天線(2)相連，下端與金屬地板(5)相連；所述偶極子天線(2)為末端重疊的雙極化緊耦合天線。本發(fā)明的雙極化緊耦合相控陣天線，阻抗匹配好、寬帶寬角、便于加工生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于寬帶相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于末端重疊的雙極化緊耦合相控陣天線。

背景技術(shù)

相控陣天線是在陣列天線的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種現(xiàn)代天線形式。利用寬帶天線單元，按照一定規(guī)律，將其排列成一維，二維或者其他陣列形式，避免可能產(chǎn)生的方向圖畸變和掃描盲點(diǎn)，就構(gòu)成了寬帶相控陣的基本結(jié)構(gòu)。相控陣是根據(jù)口徑場相位做線性漸變時(shí)波束產(chǎn)生偏移的原理，用電子控制的方法改變陣列天線中各個(gè)單元的輻射場相位，利用主瓣波束進(jìn)行掃描的。當(dāng)寬帶特性和寬角掃描特性結(jié)合起來的時(shí)候，就構(gòu)成了寬帶相控陣天線。

隨著電子對(duì)抗與雷達(dá)領(lǐng)域迅猛發(fā)展，特別是寬頻帶干擾與反干擾、高分辨率和多維成像、目標(biāo)識(shí)別等方面的發(fā)展，對(duì)陣列天線的工作頻帶有了更高的要求。另一方面，對(duì)于電子對(duì)抗與雷達(dá)系統(tǒng)平臺(tái)，所用天線數(shù)目的降低能減少電子設(shè)備的復(fù)雜度和各個(gè)天線之間的互耦，所以該類系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)超寬帶陣列天線有著迫切的需求。

傳統(tǒng)的超寬帶陣列天線多采用Vivaldi天線作為陣元形式，由于這種設(shè)計(jì)方法有其局限性，帶寬拓寬的余地很小。譬如說，天線單元帶寬會(huì)限制陣列帶寬，空間掃描角度會(huì)受到單元間互耦的影響。為了保持陣列的輻射性能，傳統(tǒng)的超寬帶天線陣往往采用一些方法抑制單元間的耦合，例如在單元間加入金屬隔板，或者加入吸波材料等等。除了物理上的隔離外，也有選擇補(bǔ)償?shù)姆绞絹硪种岂詈希丛陴侂娗皩⑿盘?hào)乘以一個(gè)逆耦合因子，以消除互耦的影響。但是這些方法往往會(huì)帶來一定負(fù)面影響，例如增益下降，方向圖畸變，增加設(shè)計(jì)難度等等。同時(shí)傳統(tǒng)寬帶相控陣需要通過劃分子陣、應(yīng)用光調(diào)制和解調(diào)技術(shù)以及光纖延遲線來實(shí)現(xiàn)，設(shè)備量大，技術(shù)復(fù)雜，成本高，且不便于調(diào)試和維護(hù)。在相控陣天線的設(shè)計(jì)中，除了要解決一般陣列天線的寬帶匹配問題外，還需要解決寬角掃描的匹配問題。

除了耦合問題外，超寬帶天線陣存在體積較大的缺陷，傳統(tǒng)Vivaldi天線陣、脊型漸變開槽天線陣為了實(shí)現(xiàn)阻抗的漸變，往往需要較長的長度；而傳統(tǒng)的平面螺旋天線，為了實(shí)現(xiàn)超寬帶特性，需要較大的半徑。可見傳統(tǒng)的超寬帶天線陣由于體積問題，難以實(shí)現(xiàn)小型化、易共形等要求。

例如，2018年張輝、汪俊等人在其發(fā)表的一篇名為《一種可重構(gòu)的緊耦合寬帶陣列天線》的專利(申請(qǐng)?zhí)枮镃N201810126029.2)中，提出了一個(gè)可實(shí)現(xiàn)緊耦合模式與常規(guī)模式切換且能實(shí)現(xiàn)S/C/X/Ku頻段全覆蓋的天線，該天線包括偶極子天線板、介質(zhì)寬角匹配板以及金屬地板。雖然其得到了三個(gè)倍頻的天線帶寬且實(shí)現(xiàn)了在S/C/X/Ku頻段全覆蓋，但并未采用饋電巴倫結(jié)構(gòu)，不易于實(shí)現(xiàn)不平衡到平衡饋電的轉(zhuǎn)換，且天線結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尤其是為了實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)特性設(shè)置的四個(gè)開關(guān)結(jié)構(gòu)，不易加工。

例如，2017年張帥，劉爽等人發(fā)表了一篇名為《超寬帶陣列天線》的專利(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201710483872.1)，該專利包括偶極子天線陣列板、電阻型頻率選擇表面板、接地板和饋電巴倫，天線陣列板由多個(gè)偶極子輻射周期單元組成，并利用單元間的緊耦合，在0.63GHz～4.6GHz頻段滿足反射系數(shù)小于等于6dB。但是該陣列天線帶寬不是很寬，并且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于末端重疊的雙極化緊耦合相控陣天線，阻抗匹配好、寬帶寬角、便于加工生產(chǎn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：