[发明专利]基于末端重叠的双极化紧耦合相控阵天线

说明书

本发明公开一种基于末端重叠的双极化紧耦合相控阵天线，包括多个周期排布的阵列单元，所述阵列单元包括正方形介质基板(1)，偶极子天线(2)，介质宽角匹配层(3)，馈电结构(4)，金属地板(5)；所述介质宽角匹配层(3)叠置于介质基板(1)上表面，偶极子天线(2)紧贴于介质基板(1)下表面，所述金属地板(5)平行置于介质基板(1)之下，所述馈电结构(4)置于介质基板(1)与金属地板(5)之间，上端与偶极子天线(2)相连，下端与金属地板(5)相连；所述偶极子天线(2)为末端重叠的双极化紧耦合天线。本发明的双极化紧耦合相控阵天线，阻抗匹配好、宽带宽角、便于加工生产。

技术领域

本发明属于宽带相控阵天线技术领域，特别是一种基于末端重叠的双极化紧耦合相控阵天线。

背景技术

相控阵天线是在阵列天线的基础上发展起来的一种现代天线形式。利用宽带天线单元，按照一定规律，将其排列成一维，二维或者其他阵列形式，避免可能产生的方向图畸变和扫描盲点，就构成了宽带相控阵的基本结构。相控阵是根据口径场相位做线性渐变时波束产生偏移的原理，用电子控制的方法改变阵列天线中各个单元的辐射场相位，利用主瓣波束进行扫描的。当宽带特性和宽角扫描特性结合起来的时候，就构成了宽带相控阵天线。

随着电子对抗与雷达领域迅猛发展，特别是宽频带干扰与反干扰、高分辨率和多维成像、目标识别等方面的发展，对阵列天线的工作频带有了更高的要求。另一方面，对于电子对抗与雷达系统平台，所用天线数目的降低能减少电子设备的复杂度和各个天线之间的互耦，所以该类系统平台对超宽带阵列天线有着迫切的需求。

传统的超宽带阵列天线多采用Vivaldi天线作为阵元形式，由于这种设计方法有其局限性，带宽拓宽的余地很小。譬如说，天线单元带宽会限制阵列带宽，空间扫描角度会受到单元间互耦的影响。为了保持阵列的辐射性能，传统的超宽带天线阵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。同时传统宽带相控阵需要通过划分子阵、应用光调制和解调技术以及光纤延迟线来实现，设备量大，技术复杂，成本高，且不便于调试和维护。在相控阵天线的设计中，除了要解决一般阵列天线的宽带匹配问题外，还需要解决宽角扫描的匹配问题。

除了耦合问题外，超宽带天线阵存在体积较大的缺陷，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体积问题，难以实现小型化、易共形等要求。

例如，2018年张辉、汪俊等人在其发表的一篇名为《一种可重构的紧耦合宽带阵列天线》的专利(申请号为CN201810126029.2)中，提出了一个可实现紧耦合模式与常规模式切换且能实现S/C/X/Ku频段全覆盖的天线，该天线包括偶极子天线板、介质宽角匹配板以及金属地板。虽然其得到了三个倍频的天线带宽且实现了在S/C/X/Ku频段全覆盖，但并未采用馈电巴伦结构，不易于实现不平衡到平衡馈电的转换，且天线结构较为复杂，尤其是为了实现可重构特性设置的四个开关结构，不易加工。

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)，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。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

本发明的目的在于提供一种基于末端重叠的双极化紧耦合相控阵天线，阻抗匹配好、宽带宽角、便于加工生产。

实现本发明目的的技术解决方案为：