[發明專利]多倍頻程超寬帶天線及共形陣列天線

在審

• 申請號: 202011170766.6
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112259961A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 李高升;潘少鵬;申婉婷;亓琳;李昭南;李佳維
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q21/24;H01Q21/29
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明屬于天線設計技術領域，具體涉及一種多倍頻程超寬帶天線及共形陣列天線。所述多倍頻程超寬帶高隔離度天線，包括介質基板、饋電結構和附著在所述介質基板正反面的金屬輻射貼片；所述介質基板正反面的金屬輻射貼片為相同結構的漸變式貼片，共同組成對跖Vivaldi天線，兩金屬輻射貼片對稱地分布于介質基板的上下兩面；所述金屬輻射貼片由內指數漸變槽線和外指數漸變槽線圍成，正反面兩金屬輻射貼片之間形成輻射的開口槽。所述共形陣列天線，將上述天線作為天線單元，將6個所述天線單元均勻排布在圓臺載體側面，相鄰天線單元之間保持一定間隙，所述天線單元保持原有形狀。本發明提高了天線的低頻工作帶寬和輻射增益及方向性。

技術領域

本發明屬于天線設計技術領域，具體涉及一種多倍頻程超寬帶天線及共形陣列天線。

背景技術

隨著科學技術的快速發展和信息化武器裝備的產生，電磁頻譜資源運用愈發頻繁，電磁環境日益復雜，電磁波調控手段面臨新的挑戰。

在對抗水平不斷提升的情況下，逐漸出現了感知、探測、制導、對抗一體化的需求，這就要求天線具有自適應和超寬帶的性能。同時，飛行器平臺的氣動、隱身等性能約束，又期望相應的天線具有與載體共面共形的特征?，F代戰場對超寬帶天線系統的要求越來越高，提高天線系統在復雜電磁環境中的信息感知精度和速度，會使認知電子設備的復雜程度加大，尤其是應用于飛行平臺的陣列天線。此外，為了適應各種高速運動的飛行器，各類曲面共形天線相繼產生，不僅可以增加飛行器的操作性能，減少空氣氣動阻力和天線的重量，還可以降低雷達散射面積，實現飛行器的隱身特性。飛行平臺天線的設計，不僅需要滿足天線的高性能要求，且需要對天線的尺寸進行小型化和共形設計，確保降低天線的重量并保證天線和平臺共形成一個整體。

對于超寬帶系統而言，其天線的研究與設計顯得極為重要。天線作為電子信息系統的核心部件之一，是發射和接收電磁波必不可少的，負責將發射機發射的信號轉換成無線電波輻射到空間，或將空間電磁波轉換成電流電壓傳遞給接收機，在雷達、通信、導航系統中發揮著重要的作用。指標優良的天線可提升電子設備和裝備的性能。

隨著信息容量的急劇擴大及現代電子設備抗干擾能力需求的不斷加強，單個天線所能完成的功能往往比較有限，因此，陣列天線以及寬帶天線技術成為解決關鍵問題的重點，以滿足工作頻帶內電壓駐波比、增益、效率和輻射方向圖的靈活可控等多項要求，實現對全頻段、全空域的電磁態勢感知和探測，獲取相關輻射源的特征參數。同時，為保證不同搭載平臺(如車輛、船艦、飛機、導彈等)信息數據截獲的穩定性，完成對戰場電磁態勢的精準感知，支撐多功能認知導引頭及認知電子戰設備，需與搭載平臺共形匹配。

面對復雜電磁環境，傳統機械掃描天線的重量較大，運動慣性大，掃描速度慢，無法滿足緊湊和高速信息獲取的需求。相比于線陣與面陣，共形陣列天線具有以下特征：(1)不影響載體的空氣動力學性能；(2)具有更廣闊的波束覆蓋范圍；(3)可提高載體的空間利用率；(4)可增大天線等效口徑。

共形天線陣具有線陣、平面陣無法比擬的性能優勢，但由于受到共形載體曲率的影響，空間不同位置的陣元最大波束指向不一致，造成輻射性能惡化，這給陣列的設計帶來了較大的困難。若采用一般的等幅同相的饋電方式對共形陣上的天線單元進行激勵，易導致較高的旁瓣和高的交叉極化，甚至可能出現輻射方向圖的裂瓣，極化性能急劇惡化等。因此，對共形陣電性能的研究是很有必要的。

超寬帶共形陣天線能夠與飛行載體表面相共形，在減輕運動物體質量的同時還不破壞載體的空氣動力學和外形特性。相對于平面陣天線，對共形陣天線的研究和綜合更為復雜。對共形陣天線的綜合研究不僅要考慮輻射性能，而且要考慮共形陣列單元的形式、形狀、以及其分布等問題。

現有的超寬帶天線工作頻段還有一些局限，如可以覆蓋較高的頻段，但是低頻段工作特性不好，不能滿足系統在低頻段的工作需求。同時以傳統的共形方式將天線共形到復雜載體上時，天線的形變必然會造成天線性能的惡化，且在陣列天線共形設計中，還需要考慮各個天線單元的互耦問題。