[发明专利]电磁超材料加载的双极化强耦合超宽带相控阵天线

说明书

本发明公开了一种电磁超材料加载的的双极化强耦合超宽带相控阵天线，包括强耦合折叠偶极子单元、馈电巴伦、超材料宽角阻抗匹配层、微带渐变线和反射地板；强耦合折叠偶极子单元末端为方便双极化设计，进行了开槽。偶极子与所设计的馈电巴伦集成与同一个介质基板，并将底部垂直嵌于反射地板内，宽角阻抗匹配层设置于强耦合偶极子单元顶部，下方则通过弯折微带渐变线完成同轴与巴伦的电连接，并同时达到阻抗匹配效果。本发明通过对偶极子末端的精心设计达到了双极化特性，并引入强耦合折叠偶极子形式，加载新型宽角阻抗匹配层结构达到了低剖面、轻量化的物理特点以及超宽带、低交叉极化等优良辐射性能。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，具体涉及一种超材料宽角阻抗匹配层加载的双极化超宽带强耦合折叠偶极子相控阵天线。

背景技术

相控阵天线技术早在20世纪30年代后期就已出现，其工作原理即在阵列天线中通过改变馈电相位进而控制波束。相控阵天线因其波束快速变化能力、多波束扫描能力、空间信号功率合成能力等，广泛应用于雷达、通信及电子对抗领域。现代雷达、电子通信等技术的发展，以及诸如飞机、导弹等高速平台的出现，对雷达的探测距离、目标快速跟踪识别等能力提出了更高要求。而传统的宽带相控阵却难以满足这些要求。传统相控阵因阵元间存在互耦效应，不仅带宽受到限制，还需要额外设计复杂而臃肿的结构去消除此种效应，避免其影响到天线的辐射性能。虽然传统超宽带相控阵已较为成熟，但这些实现方法所需设备量很大，所使用的技术复杂，阵列的制造成本更是居高不下，更不有利于调试、维护。同时，类似于现已广泛使用的渐变开槽天线(Vivaldi)形式等天线，虽然它们具有超宽的工作频带和较为稳定的电性能，但面临交叉极化特性差，天线剖面过高等局限，不利于天线的安装及共形等进一步发展。

基于上述天线的优缺点，并考虑到现代电子技术及电子系统功能高度集成化的需求，研究同时具有低剖面、轻量化、超宽频带、宽角扫描、低交叉极化等特性的相控阵天线十分关键。近年来，一种加强阵列单元间耦合并加以利用的天线形式，即强耦合天线应运而生。通过单元间的强电容耦合，此种天线不仅缩小了单元横向及纵向尺寸，而且达到了比传统宽带天线更宽的带宽特性。因此，对此种新颖的天线结构展开研究从而获得更高性能的天线技术指标，具有非常重要的实际工程意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的双极化超宽带强耦合折叠偶极子相控阵天线解决了现有相控阵天线中，天线重量过大、剖面较高和隔离度特性差的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种电磁超材料加载的双极化强耦合超宽带相控阵天线，包括强耦合折叠偶极子单元、宽角阻抗匹配层、馈电巴伦、微带渐变线和反射地板；所述强耦合折叠偶极子与馈电巴伦一体集成于同一介质基板，所述阻抗匹配层设置于对拓强耦合偶极子单元顶部，且与反射地板平行，所述微带渐变线与馈电巴伦相连，且与反射地板平行。

进一步地，所述强耦合折叠偶极子单元及馈电巴伦包括两种不同极化方向，分别印刷于交叉排列的天线介质基板上；

所述天线介质基板组包括沿Y方向极化的第一天线介质基板和沿X方向极化的第二天线介质基板，其上印刷一体化的偶极子与馈电巴伦，其中馈电巴伦在基板正反两侧有不同结构；

所述第一天线介质基板与第二天线介质基板交叉排列，第一天线介质基板在偶极子末端下方位置开槽，第二天线介质基板在偶极子末端上方位置开槽，完成两基板的对插；

进一步地，所述第一天线介质基板与第二天线介质基板的交叉处设置有加强偶极子强耦合作用的寄生结构。该结构包括介质基板及上面印刷的四个三角形贴片，分为两组作用于X极化与Y极化，该贴片与折叠偶极子贴片需保证电连接；

进一步地，所述宽角阻抗匹配层上表面均匀印刷有若干个椭圆超材料环，且每个超材料环均为周期性开口环形结构。

进一步地，所述微带渐变线根据极化方向不同，有两种不同朝向，且它们与反射地板印刷与同一介质基板的正反两面。