[发明专利]超宽带紧耦合阵列天线

说明书

本发明提出了一种新型超宽带紧耦合阵列，包括第一匹配层、第二匹配层、天线阵列板、频率选择表面板和馈电巴伦阵列，天线阵列板位于频率选择表面板的正上方；所述天线阵列板包括多个偶极子辐射周期单元，每个偶极子辐射周期单元包括偶极子臂、耦合金属贴片和天线介质板；所述频率选择表面板包括多个频率选择表面单元，所述偶极子臂由两个第一金属贴片组成，所述耦合金属贴片包括两个第二金属贴片，所述每个频率选择表面单元由两个四折圆环贴片、六角星缝隙贴片和两层频率选择表面介质板组成。本发明采用频率选择表面消除短路点，在1.14GHz～11.2GHz频段满足驻波比小于3，阵列带宽可提升到9.8个倍频，可用于通信和卫星追踪雷达系统。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种超宽带紧耦合阵列天线，可用于通信和卫星追踪雷达系统。

背景技术

随着现代化无线通信系统的日益发展，图像、音频，视频等大量信息的传输使通讯信息量日益增大，现代社会全面进入了信息时代。这对天线的带宽，增益，定向性等各个方面的性能提出了进一步的要求，从而单独采用单个独立的天线无法满足高增益等方面的需求。天线阵列因为具有高增益、相位扫描、方向图赋形等优势，因此得到广泛的应用。

近年来，为了满足阵列天线带宽的需求，超宽带天线阵得到了长足的发展，并提出并设计了各式各样特点不同的超宽带天线阵。但随着研究的不断深入，阵列间的耦合给阵列天线的辐射性能带来不好的影响。由于天线阵列的阵元往往排布紧密，相邻单元间会产生强烈的耦合，使得阵列单元的场分布与单个超宽带天线不同，进而影响整个阵列的辐射性能。传统的超宽带天线阵为了保持阵列的辐射性能，往往采用一些方法抑制单元间的耦合，例如在单元间加入金属隔板，或者加入吸波材料等等。除了物理上的隔离外，也有选择补偿的方式来抑制耦合，即在馈电前将信号乘以一个逆耦合因子，以消除互耦的影响。但是这些方法往往会带来一定负面影响，例如增益下降，方向图畸变，增加设计难度等等。

除了耦合问题外，超宽带天线阵的体积问题存在缺陷，传统Vivaldi天线阵、脊型渐变开槽天线阵为了实现阻抗的渐变，往往需要较长的长度；而传统的平面螺旋天线，为了实现超宽带特性，需要较大的半径。可见传统的超宽带天线阵由于其体积，难以实现小型化、易共形等要求。

例如2016年，江方兵，王小阳等人在其发表的一篇名称为《一种应用于5G通信系统的紧耦合阵列天线》的专利(申请号：CN201610327943.4，公开号：CN106099359A)，该专利包括交指型偶极子天线阵列板、栅格形阻性频率选择表面板以及接地板，提出了一个相对带宽可达到149.1％，在2.8～19.2GHz频段满足有源驻波比Active VSWR3的天线，可广泛应用于5G天线设计领域。通过栅格形阻性频率选择表面对辐射零点电磁波的吸收，解决了天线带宽不够宽的问题，但是天线结构较为复杂，不利于加工。

例如2017年，张帅，刘爽等人发表了一篇名为《超宽带阵列天线》的专利(申请号：CN201710483872.1，公开号：CN107275775A)，该专利包括偶极子天线阵列板、电阻型频率选择表面板、接地板和馈电巴伦，天线阵列板由多个偶极子辐射周期单元组成，并利用单元间的紧耦合，在0.63GHz～4.6GHz频段满足反射系数小于等于6dB，阵列带宽可提升到7.3个倍频，适用于OPEN雷达和穿墙成像雷达。但是该阵列天线带宽不是很宽，并且结构比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术上的不足，提出一种超宽带紧耦合阵列天线，利用频率选择表面代替金属地板，克服带宽内的辐射零点，有效拓展了阵列天线的带宽。

为了实现上述目的，一种超宽带紧耦合阵列天线，包括第一匹配层、第二匹配层、天线阵列板、频率选择表面板和馈电巴伦阵列，所述第一匹配层、第二匹配层和天线阵列板均位于频率选择表面板的正上方；所述天线阵列板包括多个偶极子辐射周期单元，每个偶极子辐射周期单元包括偶极子臂、耦合金属贴片和天线介质板；所述频率选择表面板包括多个频率选择表面单元，所述偶极子臂由两个第一金属贴片组成，所述耦合金属贴片包括两个第二金属贴片，其特征在于：