[發明專利]薄型機翼共形雙極化強耦合超寬帶偶極子相控陣

有效

• 申請號: 202010897195.X
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112038753B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 楊仕文;李志偉;陳益凱;屈世偉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/28
• 分類號: H01Q1/28;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q5/28;H01Q5/335;H01Q5/50;H01Q21/06
• 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

本發明公開了一種薄型機翼共形雙極化強耦合超寬帶偶極子相控陣及其研制方法。針對需要共形的特殊載體，在雙極化強耦合陣列天線的基礎上，設計了一種薄型機翼共形雙極化強耦合超寬帶偶極子相控陣。整個相控陣天線結構均進行了共形化處理，從最底端的曲面形狀的金屬地板到最外層天線保護層，都以局部機翼作為載體，不會影響到飛行機翼的氣動布局。本發明在0.5?2GHz(4:1)頻帶內可以實現天線組陣方向±45°掃描，剖面高度僅為0.3個高頻波長，適用于要求雙極化、超寬帶和共形的應用平臺。

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共形天線及其研制方法。

背景技術

隨著電子信息產業的日益發展，尤其是軍用電子信息對天線性能要求越來越嚴苛，傳統的機械掃描式的天線已經不能滿足需求了。通過改變單元饋電相位來達到波束掃描目的的新型陣列天線便應運而生。相控陣相較于傳統的機械掃描陣列擁有更加靈活多變的波束、更加快速精度更高的波束掃描能力等諸多優點，因此被廣泛應用在通信、雷達、電子對抗等多個軍用和民用領域。

傳統的寬帶相控陣天線的設計思路是以孤立的天線單元設計為起點，然后再通過恰當地將天線進行組陣來構成寬帶天線陣列。為了使得陣列性能和單元性能一致，這樣的天線設計時會盡力避免天線間相互耦合，而為了減少天線之間的耦合，就要增大單元之間的間距、在地板上開槽或者加入一些去耦合的元件，這樣極大的提高了天線的設計難度和加工難度，并且使得天線體積過大，不方便安裝和攜帶。因此，受限于單元帶寬、低頻時地板短路以及互耦效應等影響，這類傳統的超寬帶天線多多少少都存在體積龐大、不易共形、技術結構復雜等缺點，不利于實現大角度掃描和頻帶拓展。

近些年，國際天線研究領域出現了很多一些設計新穎的超寬帶相控陣天線，其中就有強互耦超寬帶相控陣。與傳統的寬帶相控陣天線的設計思想截然不同，其利用天線間的互耦效應使得天線的帶寬得到有效拓展，并在寬角掃描性能上表現更好。在物理結構上，基于強互耦效應的天線由于不需要增大間距來抑制耦合，所以其體積較小。在現代軍事電子應用中，超寬帶寬角掃描天線受到越來越多的關注，所以基于強互耦效應的相控陣天線在未來的發展中會受到越來越多的重視。

超寬帶相控陣有一些重要的應用場景是安裝于飛機、導彈等載體平臺的。隨著現代飛行器的不斷發展，其飛行速度越來越快，則對其上各元件的氣動布局要求越來越高。平面天線安裝于高速飛行載體表面時，對該飛行載體的整體外形影響較大，甚至嚴重影響其飛行性能。所以為了適應這樣的需求，則要求一些天線單元以貼合載體曲面的形式進行排布，這樣共形陣就由此產生了。共形陣的優勢在針對一些特殊載體時，優勢明顯。主要有以下幾點優點：

(1)共形陣天線能夠更好的與載體進行貼合，從而減小甚至消除對載體外形布局的影響，更適合對氣動布局要求嚴格的載體，如飛機、導彈等。

(2)共形陣天線曲面排布的結構，容易擁有更大的掃描角。比如沿圓周方向的掃描角能達到半球甚至更大。

(3)與載體形狀基本一致，可以更好的利用載體寶貴的空間，尤其是一些對剖面要求嚴格的載體。

(4)共形陣天線與載體貼合較嚴，不需要額外添加物理結構就能實現比較高的結構強度，方便維護和安裝。

在2016年，文獻“Broadband Antenna Array Aperture Made of Tightly CouplePrinted Dipoles”中提出了一款覆蓋1.2GHz～6GHz帶寬的強互耦共形相控陣天線，這款天線是共形于柱面載體，能夠沿圓周方向掃描到60°。雖然該天線在帶寬和大角度掃描上取得了一些成就，但是其僅僅是把天線按照圓柱形的形狀進行排布，并未實質性地使天線完全共形于圓柱外表面，該天線單元仍然是平面偶極子天線，只是讓它們豎直放置而已。