[發明專利]低剖面雙極化強耦合超寬帶全機翼共形偶極子相控陣天線

在審

• 申請號: 202210355059.7
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114566798A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 楊仕文;張昊天;楊鋒;黃明;屈世偉;陳益凱;胡俊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/48
• 分類號: H01Q1/48;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q3/32;H01Q21/24
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 羅偉

本發明公開了一種低剖面雙極化強耦合超寬帶全機翼共形偶極子相控陣天線，包括：兩層輕薄易彎折的上層介質基板和下層介質基板，打印于所述下層介質基板的十字交叉三角形的偶極子輻射單元，打印于偶極子輻射單元背面的三角形金屬寄生貼片；打印于所述下層介質基板的周期分布的雙開口金屬諧振環，中部彎曲成拋物面形狀的鋁制金屬地板，直插于偶極子天線輻射單元和地板之間的天線饋電巴倫；本發明在長0.33個低頻波長，寬0.16個低頻波長，高0.24倍低頻波長為周期的拋物線表面內布置了每個極化方式4個、共8個輻射單元，在五個倍頻內實現了較高的增益和較為理想的方向圖。

技術領域

本發明屬于天線工程技術、無限通信技術領域，具體涉及一種基于強互耦效應的超寬帶低剖面寬角掃描全機翼共形相控陣天線。

背景技術

隨著現代軍事技術的日漸發展，雷達電子系統的設計需求越來越復雜多樣，例如快速多變的波束指向，高精度波束掃描能力等。在這種前提下，傳統的機械掃描相控陣顯然無法滿足這種波束指向快速切換的需求，而通過改變各天線單元饋電相位來實現波束指向變化的相控陣天線，是雷達探測技術實現的關鍵部分。現代軍事系統往往要求相控陣天線實現遠距離高分辨率成像，信息高速傳輸和穩定的干擾及抗干擾能力。因此能夠工作在多個倍頻的超寬帶相控陣天線，正成為天線研究領域的熱點之一。

傳統的超寬帶相控陣設計，是從孤立的天線單元出發，忽略陣列單元之間的耦合，先設計出單個的具有超寬帶工作特性的天線單元，再將其在陣列環境下組陣。這種超寬帶天線單元設計，往往選取的是非頻變天線結構，具有較大的物理尺寸，在組陣時，為了減小單元之間的耦合給陣列工作帶寬帶來的影響，通常需要在一定程度上增大陣元間距。然而考慮到柵瓣抑制條件的限制，大單元間距將帶來大掃描角度下柵瓣的出現，從而限制了天線寬角掃描能力。這類傳統超寬帶相控陣，往往都具有體積大，結構復雜，難以共形等缺陷。而強互耦相控陣天線利用單元之間的耦合效應形成連續電流，以拓展天線的低頻工作帶寬，增大天線波束掃描范圍。近年來的研究表明，強互耦超寬帶相控陣具有單元小型化，剖面較低，整體平面結構和散射較低等優勢，和傳統天線陣相比，其在低散射載體平臺和高速飛行器上的應用前景更加廣闊。

隨著現代通信的發展，通信設備集成度越來越高，工作頻帶要求越來越寬，天線也面臨著更加嚴峻的考驗。在飛行載體平臺上，高速移動載體需要安裝的不同通信功能的天線已經達到數十個，尤其是軍用機載平臺，導航、通信、火控等功能都要求性能穩定的天線來支撐，而載體空間有限的情況下，許多天線采用外露式，影響機體氣動性能，過多的天線也可能在裝配位置上發生沖突。對于上述情況，共形天線有著獨特的優勢。共形天線剖面低，可以與各種形式的載體共形設計并成為其表面結構的一部分，對飛行器氣動性能不產生影響；與機體曲面相配合，更容易形成波束的全向覆蓋；在充分利用空間的同時雷達散射截面(RCS) 更小等等。現今已經成為機載天線的一個重要發展趨勢。

2016年一篇發表在IEEE上的文章“Broadband Antenna Array Aperture Made ofTightly Couple Printed Dipoles”提出了一種基于強耦合效應的共口徑相控陣天線，該天線在5個倍頻程內在偶極子E面實現了60°掃描，且駐波在3以下。但該天線的饋電結構與偶極子均豎直放置，這極大的增加了天線的剖面高度，且天線單元并沒有使用與載體外形相符的共形設計，其僅僅是在饋電布局上與載體外形契合，因此并不是完全意義上的共形相控天線陣。

在專利號為CN110085975A的中國專利中，發明人提出了一種基于強耦合效應的機翼載低散射超寬帶共形相控陣，它在五個倍頻內實現了組陣方向的±45°掃描。但是該天線一個周期內只布置了兩個輻射單元，整體增益較低，且只能實現單線極化輻射，應用場合受到了較大限制。

在專利號為CN112038753A的中國專利中，發明人提出了一款薄型機翼共形雙極化強耦合超寬帶偶極子相控陣，該天線陣采用了十字交叉型的偶極子輻射單元實現了雙極化，但是該天線的輻射單元只分布于機翼的一面，在實際應用中天線波束無法覆蓋機翼另一面所在的半空間，存在一定的局限性。