[發明專利]基于交指形阻性表面加載的強耦合超寬帶相控陣天線

有效

• 申請號: 202010161851.X
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111370860B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 楊仕文;柳俊彥;陳益凱;屈世偉;胡俊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q21/00;H01Q21/24
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 張秀敏

本發明公開了基于交指形阻性表面加載的強耦合超寬帶相控陣天線及其研制方法。通過改進傳統豎直型強耦合相控陣天線，在天線與反射地板之間加載一種交趾形阻性表面，拓寬天線工作頻帶。應用一種超寬帶共面帶線?微帶線饋電巴倫，與天線輻射貼片集成在同一天線介質基板上，結構簡單，加工簡便。天線上方印刷金屬開口環超材料結構的介質匹配層，取代了傳統純介質寬角阻抗匹配層，質量更輕，厚度更薄。本發明結構簡單穩固，易于加工，在f_L～10f_L頻段內可達到E面60度掃描有源駐波小于2.5，H面60度掃描有源駐波小于3.6，并且天線整體高度小于0.65個高頻波長，利用該設計的相控陣天線尤其適合需要超寬工作頻帶的應用平臺。

技術領域

本發明屬于天線工程技術領域，特別涉及基于強互耦效應的超寬帶相控陣天線及其研制方法。

背景技術

相控陣天線技術早在1925年就已被學者提出，其工作原理即在陣列天線中通過改變饋電相位進而控制波束。相控陣天線因其波束快速變化能力、多波束掃描能力、空間信號功率合成能力等，廣泛應用于雷達、通信及電子對抗領域。現代雷達、電子通信等技術的發展，以及諸如飛機、導彈等高速平臺的出現，對雷達的探測距離、目標快速跟蹤識別等能力提出了更高要求。傳統相控陣天線為了滿足大角度掃描，單元間距通常設計的很小，這一特點帶來的互耦效應致使在天線設計中必須加入復雜的去耦合結構來保持天線的輻射特性，這使得天線的設計難度和制造成本大大增加。現如今傳統超寬帶相控陣技術已較為成熟，但是在有限的剖面高度內實現超過十個倍頻程的工作帶寬依然是相控陣設計的難點。例如現在廣泛使用的漸變開槽天線(Vivaldi)形式等天線，雖然可以實現超寬帶的阻抗匹配特性，但是依舊存在剖面高度過高、交叉極化較差等缺點，不利于相控陣天線的安裝與共形。

現代電子技術及電子系統功能高度集成化的發展趨勢對相控陣天線的研究也提出了新的需求，研究同時具有低剖面、輕量化、超寬頻帶、寬角掃描、低交叉極化等特性的相控陣天線十分關鍵。近年來，一種加強陣列單元間耦合并加以利用的天線形式，即強耦合天線應運而生。通過單元間的強電容耦合，此種天線可以在具有較小的單元間距與較低的剖面高度的同時，實現超寬帶的阻抗匹配特性。因此，對此種新穎的天線結構展開研究從而獲得更高性能的天線技術指標，具有非常重要的實際工程意義。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對豎直型強耦合天線工作帶寬不夠，剖面較高等問題，加載一種交指形阻性表面結構，加上超寬帶的饋電匹配結構，實現具有較低的剖面高度，并且具有f_L-10f_L(十倍頻程)超寬頻帶覆蓋和E面、H面±60°寬角掃描的雙極化低剖面超寬頻帶強耦合偶極子相控陣天線。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

提供基于交指形阻性表面加載的強耦合超寬帶相控陣天線，該天線包含印刷在天線介質基板上的對拓偶極子輻射貼片與共面帶線-微帶線饋電巴倫、呈交叉排列的天線介質基板、寄生耦合貼片、加載在對拓偶極子輻射貼片和金屬地板之間的交指形阻性表面、設置與天線介質基板垂直且位于其頂端的介質匹配層、設置與天線介質基板垂直且位于其底端的金屬地板以及同軸饋電電纜，所述對拓偶極子輻射貼片與共面帶線-微帶線饋電巴倫集成于同一塊天線介質基板上，其中共面帶線-微帶線饋電巴倫包括通過共面帶線與拓偶極子輻射貼片相連的第一部分以及設置在天線介質基板另一面的第二部分，位于天線介質基板兩面的饋電巴倫之間，設計有一系列金屬化過孔相互連接。

進一步的，所述對拓偶極子輻射貼片及共面帶線-微帶線饋電巴倫包括兩種不同的極化方向，分別印刷在交叉排列的天線介質基板上。所述交叉排列的天線介質基板包括沿Y方向極化的第一天線介質基板和沿X方向極化的第二天線介質基板，兩種不同極化方向的天線介質基板在印刷對拓偶極子天線單元末端的結構各不相同，分別設置不同的矩形安裝槽相互交叉安裝。