[發(fā)明專利]一種超寬帶緊耦合寬角掃描陣列天線

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310215761.8
• 申請(qǐng)日: 2023-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116154490A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾馨;丁霄;邵維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q21/06
• 分類號(hào): H01Q21/06;H01Q9/04;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q21/00;H01Q3/30;H01Q5/25;H01Q5/50
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 張冉

本發(fā)明公開(kāi)了一種超寬帶緊耦合寬角掃描陣列天線，屬于相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述陣列天線由多個(gè)單元天線呈矩形排布而成，單元天線包括金屬地板、金屬短路柱、介質(zhì)基板、微帶饋線、金屬條帶、同軸接頭、漸變輻射槽和窄長(zhǎng)縫；本發(fā)明所述陣列天線采用匹配層融合在陣面的設(shè)計(jì)思想，在不額外增加多余的重量且能夠滿足低剖面、輕質(zhì)化、低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)超寬帶大角度掃描；本發(fā)明所述陣列天線使用緊耦合長(zhǎng)槽陣，避免了復(fù)雜的去耦網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，并且引入了長(zhǎng)窄縫，增強(qiáng)了單元之間的耦合，降低了輸入阻抗，使得天線能夠更好地和同軸饋電進(jìn)行匹配；本發(fā)明所述陣列天線采用了E面和H面陣元間距不相等的設(shè)計(jì)，能夠提升不同面掃描時(shí)的阻抗匹配性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超寬帶緊耦合寬角掃描陣列天線，可用于無(wú)線通信系統(tǒng)及衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。

背景技術(shù)

現(xiàn)代無(wú)線系統(tǒng)需要兼顧如通信、導(dǎo)航、探測(cè)感知等多種功能，這些功能依托于不同頻段的電磁波。在以往的應(yīng)用中，常采用多個(gè)天線分別覆蓋這些電磁波頻段，這使整個(gè)系統(tǒng)的體積龐大且實(shí)現(xiàn)的成本過(guò)高。近年來(lái)，融合多種功能的射頻系統(tǒng)逐漸取代原來(lái)單一功能的系統(tǒng)，廣泛地應(yīng)用于各種無(wú)線設(shè)備中，其利用超寬帶陣列技術(shù)可在單輻射口徑下實(shí)現(xiàn)對(duì)各功能頻段的覆蓋，從而極大地降低系統(tǒng)的成本。相控陣天線具有波束掃描快速、指向精準(zhǔn)等特點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)波束賦形、多波束掃描、抗干擾等功能，在多目標(biāo)追蹤、遠(yuǎn)距點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等領(lǐng)域長(zhǎng)期發(fā)揮巨大作用。

電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和通信容量的爆炸式增長(zhǎng)，促使相控陣研究不再僅限于波束掃描功能，而轉(zhuǎn)向超寬頻覆蓋的方向，以滿足多功能電子系統(tǒng)的需求。同時(shí)，為節(jié)約有限的空間和載荷，需要相控陣在實(shí)現(xiàn)超寬帶性能的同時(shí)具有較低剖面高度和較輕重量。

寬帶寬角掃描相控陣天線由于其頻段寬、通信容量大等優(yōu)勢(shì)，被廣泛地研究。但是現(xiàn)有的寬帶陣列天線陣元間的耦合效應(yīng)對(duì)天線陣的性能有較大影響，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，將對(duì)天線的帶寬等性能產(chǎn)生很大影響。因此，現(xiàn)有寬帶陣列天線的設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)采用較多復(fù)雜技術(shù)，這將導(dǎo)致一些缺點(diǎn)的產(chǎn)生，如：成本高、體積大、不便于調(diào)試維護(hù)等。

為了解決上述問(wèn)題，基于緊耦合結(jié)構(gòu)的寬帶陣列技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，采用這種技術(shù)的天線被稱為緊耦合陣列天線(tightly?coupled?array,TCA)。緊耦合陣列天線，不同于現(xiàn)有的避免耦合的思想，而是將單元間的耦合效應(yīng)利用起來(lái)。由于采用陣元緊密排列的組陣方式，且無(wú)需采用一些復(fù)雜去耦技術(shù)便解決了陣元間互耦效應(yīng)對(duì)天線性能的不良影響，使得整個(gè)陣列天線的尺寸降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，易于共形。

緊耦合偶極子陣列和連接槽陣列，分別實(shí)現(xiàn)了H.Wheeler提出的理想模型：無(wú)限大電流片和無(wú)限大磁流片。緊耦合偶極子陣的研究較為廣泛，包括饋電巴倫、寬角匹配層、阻抗匹配等等，層出不窮。連接槽陣列作為無(wú)限大磁流片的物理實(shí)現(xiàn)，在自由空間中無(wú)需平衡饋電即能實(shí)現(xiàn)超寬的阻抗帶寬，同時(shí)還具有平面化的陣面形式，更適合于低剖面及共形的應(yīng)用場(chǎng)景，然而它的研究相較緊耦合偶極子陣而言寥寥無(wú)幾。緊耦合偶極子陣列和連接槽陣的反射地板對(duì)輸入阻抗影響較大，給改善寬帶匹配和寬角匹配帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超寬帶緊耦合寬角掃描陣列天線，能夠拓展工作帶寬和掃描角度，并且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、低成本、輕質(zhì)化、平面化。

本發(fā)明所提出的技術(shù)問(wèn)題是這樣解決的：

一種超寬帶緊耦合寬角掃描陣列天線，由多個(gè)單元天線呈M×N矩形排布而成，M和N為正整數(shù)，單元天線包括金屬地板1、金屬短路柱2、介質(zhì)基板3、微帶饋線4、金屬條帶5、同軸接頭6、漸變輻射槽7和窄長(zhǎng)縫8；

金屬地板1和介質(zhì)基板3呈矩形，大小形狀相同，平行放置且中間留有間距；若干個(gè)金屬短路柱2位于金屬地板1和介質(zhì)基板3之間，與介質(zhì)基板3垂直，兩端分別連接金屬地板1和介質(zhì)基板3的下表面；微帶饋線4和金屬條帶5位于介質(zhì)基板3的上表面；介質(zhì)基板3的下表面滿覆金屬，再刻蝕有漸變輻射槽7和窄長(zhǎng)縫8；