[发明专利]双频双极化宽角扫描共口径相控阵天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，具体涉及一种双频双极化宽角扫描共口径相控阵天线，属于无线通信技术领域。

背景技术

相控阵天线具有的快速的电扫描以及波束形成能力，已经广泛的应用于军事领域。随着相控阵技术的发展以及应用需求，对相控阵天线的需求越来越偏向宽带、宽角以及多频段天线。对于多功能雷达或者多功能通信系统来说，宽带或者多频段天线可以同时工作于多个频段，这样不同的工作需求只需要一副天线来完成，可以大大的减小雷达或者通信系统的体积、重量以及成本。同时，对于多功能雷达系统来说，天线的极化多样性也可增加信号的多样性，因此双极化也是一个研究的重点。

对于宽带天线，其研究思路都是基于Wheeler在1965年提出的连续电流面理论。直到2003年Munk在连续电流理论的基础上提出来强耦合阵列后，宽带天线的研究得到了迅速的发展。在该强耦合超宽带天线的设计设计中，单元大小为最高工作频率的半波长左右，在高频部分通过阵元本身的谐振工作，而低频段，通过阵元之间引入电容耦合来抵消由于地板加载产生的电感，使得天线可以很好的工作在低频部分。强耦合阵列的研究在近几十年来来得到了快速的发展，其最大工作带宽可以做到33:1，但是因为引入了阻性吸收层，部分工作频段的辐射效率会大大受损。对于超宽带天线来说，虽然可以实现很宽的带宽，但是能满足这么宽带宽的电路系统也是设计的一大难点。同时，由于频带较宽，对于低频段来说阵元大小的电尺寸太小。

在多频段共口径的天线设计中，多个频段共用同一个辐射口径，不仅能满足多功能雷达以及多功能通信系统的应用需求，还能保证每个工作频段单元电尺寸的大小。同时设计的天线只需在所需求的工作频段工作，不同工作频段的天线采用不同的馈电系统，一般单个工作频段的带宽都不会太宽，这样也可以大大减小天线后端馈电的电路系统的设计难度。迄今为止，对于多频段共口径天线的研究还不是特别广泛，相关的报道也远不如超宽带天线多。将不同频段的阵列天线共口径，并且实现双极化、宽带、宽角扫描是一大设计难点。需要所设计的天线阵列之间可以很好的集成，并且不影响相互之间的天线辐射。本发明正是针对共口径相控阵天线存在的设计难点问题而提出。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种双频、双极化共口径相控阵天线，其馈电结构简单，易于共形以及加工组装，并且具有宽角扫描的特性。

本发明具体的技术方案如下：

一种双频、双极化的宽角扫描共口径相控阵天线，其天线单元呈矩形栅格排布，从下至上分别为下层金属地板、下层介质板，中层介质板一、中层介质板二、上层介质板。所述的下层金属地板为低频单元，下层金属地板沿着低频单元的H面设置有连接腔体；所述的下层介质板上印刷有低频单元的微带馈线，微带馈线一端悬置与连接腔体上方进行耦合馈电，另外一段与穿过下层金属地板的同轴内芯相连接；所述的中层介质板一上印刷有呈周期排布的带阻型频率选择表面贴片单元；所述的中层介质板二上印刷有高频天线的馈电巴伦；所述的上层介质板上印刷有高频天线的单元。

进一步地，所述的低频天线和高频天线共口径，并且低频天线阵和高频天线阵分别工作于不同的极化方式，使得共口径后整个阵列工作的极化方式为双极化。

进一步地，所述的低频天线单元包括设置有连接腔体的下层金属地板，与金属地板贴合设置的下层介质板，以及印刷在下层介质板表面的微带馈线，所设置的连接腔体可以是矩形、梯形或者半圆形。

进一步地，所述的高频天线单元包括中层介质板一、中层介质板二、上层介质板、印刷在中层介质板一上面的带阻型频率选择表面、印刷在中层介质板二上面的馈电巴伦以及印刷在上层介质板上面的天线单元。

进一步地，所述的带阻型频率选择表面为高频天线的反射面，其单元可以是环形贴片、矩形贴片、三角形贴片或者十字形贴片，频率选择表面可以是单层、双层或者多层结构，周期排布的频率选择表面单元放置于下层金属地板和高频天线单元之间并且与高频天线单元一一对应。

进一步地，所述的高频天线的馈电巴伦可以是同轴线、带状线巴伦、微带渐变线巴伦或者Marchand巴伦。

进一步地，所述的高频天线单元可以是单极子、偶极子、交指型偶极子、蝶形偶极子或者微带贴片天线。

进一步地，所述的低频和高频可以是f_H/f_L≥2任意两个工作频段，其中f_H为高频频段的中心频率，f_L低频频段的中心频率。