[發明專利]一種基于共口徑結構設計的雙頻段寬帶強耦合陣列天線

在審

• 申請號: 202310185209.9
• 申請日: 2023-03-01
• 公開（公告）號: CN116093611A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 陳益凱;賈凌鈞
• 申請（專利權）人: 成都益為創達科技有限公司
• 主分類號: H01Q1/52
• 分類號: H01Q1/52;H01Q1/50;H01Q1/38;H01Q5/20;H01Q5/307;H01Q5/50;H01Q23/00;H01Q21/00
• 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

本發明屬于天線技術領域，涉及一種基于共口徑結構設計的雙頻段寬帶強耦合陣列天線。本發明采用共口徑設計思路，將兩組不同工作頻段的強耦合偶極子陣列集成在同一口徑下，通過對低頻單元結構進行高頻透波處理，使其在低頻段正常工作的同時不阻礙高頻電磁波通過。利用該方式天線實現了更高的口徑利用率以及更寬的工作頻段。相較于傳統的引入阻性材料拓寬天線帶寬的方式，本發明天線在工作頻段內具有更高的平均輻射效率。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種基于共口徑結構設計的雙頻段寬帶強耦合偶極子陣列天線，利用基站天線中電磁透明天線單元設計原理對強耦合偶極子單元進行濾波設計，實現雙頻寬帶共口徑陣列天線設計。

背景技術

近些年，隨著無線通信技術的迅猛發展,作為無線系統中關鍵的組成部分,天線也需要滿足寬頻帶、多功能、多系統融合的發展趨勢。強耦合偶極子陣列通過在陣元間引入耦合結構，實現口徑面上近乎穩恒的連續電流分布，并利用陣元間電容耦合一定程度上消除地面的電感效應從而實現較寬的天線帶寬。共口徑陣列天線可以將不同頻段、不同極化、不同功能的天線放置在同一個輻射口徑面內,通過合理的空間布局，減少工作系統中的天線數量,提高系統的口徑利用率,從而成為了天線領域的熱門研究方向。

與傳統寬帶vivaldi天線相比，強耦合偶極子陣列天線在結合寬頻帶和低剖面性能方面有著天然優勢，使其在空間利用、雷達散射截面等方面等方面的性能更加出色。同時由于其較低的剖面特性，使得天線在低頻端受地板電感效應的影響越發明顯，最終難以進一步向低頻拓展帶寬。為解決這一問題，通常以加載阻性材料吸收低頻背向輻射能量的形式消減地板影響，然而這種方式在有效拓寬帶寬的同時最多會導致50％以上效率損失。

強耦合陣列天線憑借其超寬的工作帶寬及較低的剖面性能一經提出便吸引了國內外學者的關注。2013年，Jonathan?P.Doane等人在IEEE?TRANSACTIONS?ON?ANTENNAS?ANDPROPAGATION上發表的“A?Wideband,Wide?Scanning?Tightly?Coupled?Dipole?ArrayWith?Integrated?Bulun(TCDA-IB)”中提出一款工作帶寬超過7倍頻，剖面高度小于十分之低頻波長的強耦合陣列天線；為進一步克服地板電感效應的影響，拓寬天線帶寬，2020年，Seongjung?Kim等人發表的“Characteristics?of?TCDA?with?Polarization?ConvertingGround?Plane”一文中提出用極化旋轉表面覆蓋陣列地板，使得低頻電磁波以交叉極化的形式反射向上，以此消減地面反射波對阻抗匹配的影響，最終實現20倍頻的阻抗帶寬；2016年，Dimitrios?K.Papantonis等人在IEEE?ANTENNAS?AND?WIRELESS?PROPAGATION?LETTERS發表的“Dual-Polarized?Tightly?Coupled?ArrayWith?Substrate?Loading”提出在天線與地板間插入阻性頻選表面，實現13個倍頻帶寬的強耦合陣列。2020年，AlexanderD.Johnson等人發表的“Phased?Array?With?Low-Angle?Scanning?and?46:1Bandwidth”通過合理的設計多層阻性層吸收特定波段的電磁波，消減低頻端地板反射波的影響，最終實現46倍頻的阻抗匹配帶寬。以上方法皆通過犧牲天線整體效率的方式提供天線工作帶寬，但在部分頻段上天線效率損失嚴重(超過50％)，影響天線正常實現功能。

目前發表的關于超寬帶強耦合陣列天線的論文或專利都存在犧牲效率換帶寬的問題，即以阻性層或超材料表面消除低頻端地板對天線端口阻抗匹配的影響，同時導致天線整體效率下降。為了解決該技術難題，本發明提出了一種基于共口徑結構設計的雙頻段寬帶強耦合陣列天線，在較高的天線效率前提下天線實現了在0.6～2.4GHz、3.4～12GHz頻段的正常工作。

發明內容