[發明專利]一種大倍頻程超寬角掃描相控陣天線

有效

• 申請號: 202011323716.7
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112701455B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李祥祥;陶靜;項永華;李業強;陳玉山
• 申請（專利權）人: 揚州船用電子儀器研究所（中國船舶重工集團公司第七二三研究所）
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q3/34
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

本發明公開了一種大倍頻程超寬角掃描相控陣天線，包括兩層錐削的微波介質基板；印刷在微波介質基板上下表面的短Vivaldi天線，作為天線主輻射結構；位于兩層微波介質基板中間的用于阻抗變換的兩節漸變帶狀線；印刷在微波介質基板上下表面，位于短Vivaldi天線前端的指數漸變輻射電流片，作為次輻射結構；用于短Vivaldi天線和漸變輻射電流片能量傳遞的耦合貼片；同介質基板外形可匹配連接的金屬固定件；位于介質基板末端，為漸變帶狀線饋電的微波同軸電纜；介質基板金屬包邊，用來抑制高次模。本發明在大倍頻程、超寬角掃描范圍內具備高口徑利用率的輻射特性。

技術領域

本發明屬于微波天線技術領域，具體為一種大倍頻程超寬角掃描相控陣天線。

背景技術

未來戰場的電子系統將具有多功能的典型特征，集多種功能于一體，以減少各子系統的相互干擾，從而提高裝備系統的資源調度能力和作戰效能。天線陣列作為上述電子系統的收發前端，其往往被要求具備大倍頻程超寬帶、超寬角掃描、高口徑利用率等工作能力。現有的寬帶相控陣天線系統中常采用的緊耦合偶極子天線、對數周期天線、 Vivaldi天線等。

2011年，美國RockwellCollins公司M.WajihElsallal在國際會議上發表了《AnUltra-Thin,Decade(10:1)Bandwidth,Modular“BAVA”ArraywithLowCross-Polarization》一文，提出了10倍頻程(1.8-18GHz)的U型耦合電容槽加載的平衡對踵Vivaldi超寬帶天線陣列，可實現E面和H面±45°掃描，但該陣列H面掃描至45°時，有源駐波在 1.8-11.5GHz頻帶內大于4，由于U型耦合電容槽的加工及裝配精度很高，工程實現難度很大，目前并未得到推廣。

緊耦合陣列天線是近年來發展的一類超寬帶天線形式，其采用偶極子天線作為基本天線單元，可實現大倍頻程的工作能力。2016年，美國俄亥俄州立大學JohnL.Volakis 團隊在IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters發表了《Dual-PolarizedTightly CoupledArrayWithSubstrateLoading》一文,基于緊耦合理論設計了一款13.1倍頻程的偶極子陣列天線，該天線陣列E面、H面最大掃描角達45°，由于采用集總電阻片吸收回波，其效率僅為60％。吸收性元件導致陣面大功率工作時的熱管理難以進行。2019 年，JohnL.Volakis團隊在IEEETranscationonAntennaandPropagation發表了《Dual-linearPolarizedPhasedArraywith9:1Bandwidthand60°ScanningoffBroadside》, 設計了一款9倍頻程(2-18GHz)大角度掃描的緊耦合偶極子陣列天線，該天線陣列E面、 H面最大掃描角達60°，但其低頻端H面的有源駐波在60°掃描時的高達6，效率僅為 50％，天線介質板厚僅為0.254mm，難以適應惡劣工作環境，且耐大功率性能有限。較低的口徑效率意味著需要增加天線的數量才能滿足所需的性能，將大大增加系統的成本。此外，上述天線陣列的裝配難度較高，可靠性有待工程驗證。

如上所述，現有文獻報道中，大倍頻程超寬帶相控陣天線存在著掃描角度有限(≤45°)、大掃描角下有源駐波過大(＞4)、效率低(＜60％)等問題，為保證全頻段內高效工作，需要增加相控陣系統的通道數量，極大增加成本。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種大倍頻程超寬角掃描相控陣天線。