[发明专利]一种天线阵元及超宽带紧耦合天线阵

说明书

本发明公开了一种天线阵元及超宽带紧耦合天线阵，其中天线阵元包括辐射单元、馈电单元以及反射地板，还包括一电感性加载结构，该电感性加载结构设置在所述辐射单元与反射地板之间，产生以抵消反射地板产生的短路效应的等效电感。本发明设计的紧耦合天线通过电感性加载结构在不引入损耗基础上使得阻抗带宽翻倍，且具有较高的辐射效率，阻抗带宽超过10个倍频程，辐射效率大于90%，在保证较高辐射频率的同时超过现阶段绝大多数天线阵列的相对带宽。

技术领域

本发明涉及超宽带相控阵天线技术领域，尤其涉及一种加载电感性结构的紧耦合天线阵列。

背景技术

随着物联网及通信技术发展，在商业通信及探测领域，超宽带相控阵天线已受到广泛关注。未来电子设备，不仅需要感知周边环境信息，还需要对周边变化进行适应性改变，并将外界环境传达至不同终端，这就需要电子设备的天线需要工作于不同频段，以满足不同功能要求，且具有较高的辐射效率以感知更加完善的周边信息和更远的通信距离。如果将不同工作频率的天线集成至同一口径上，可以增加空间利用率，实现电子设备的小型化、轻量化，因此，需要具有一款满足功能需求的高辐射效率超宽带相控阵天线。

申请号为201810222246.1的专利，它采用的是电阻片加载方案，可以实现1.49GHz-15.65GHz的有源阻抗带宽。但是其提出的方案加载阻抗为377Ω/square的电阻片会引入很大的插入损耗，降低天线的辐射效率。

申请号为201810816834.8的专利，它采用的是两个电阻型频率选择表面及缺陷地结构实现超宽带特性，但是由于引入电阻型结构及缺陷地结构，会显著降低天线辐射效率且产生较大后瓣。

发明内容

本发明的目的是提供一种高辐射效率、超宽带的天线阵元及紧耦合天线阵列，克服现有超宽带相控阵天线阵列有源驻波带宽及辐射效率矛盾问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案为：

一种天线阵元，包括辐射单元、馈电单元以及反射地板，其特征在于：还包括一电感性加载结构，该电感性加载结构设置在所述辐射单元与反射地板之间，产生以抵消反射地板产生的短路效应的等效电感。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案为：一种超宽带紧耦合天线阵列，包括阵列布置的上述所述的天线阵元。

本发明具有以下创新：

本发明提出了一种拓宽紧耦合天线有源驻波带宽并实现高辐射效率的方案。结合紧耦合天线等效电路模型，未加载电感性结构时，从天线输入端口处看向反射地板的输入阻抗为Z_in＝jZ₀tan(βh),其中Z₀为空气的等效特性阻抗，β为电磁波波数，h为天线辐射面距离反射地板高度，当对应频率波长的一半等于天线距离反射地板高度时，Z_in＝0，即反射地板对于天线馈电端口相当于短路，这会导致天线失配，因此传统紧耦合天线高频点取决于天线剖面高度。加载电感性结构时，从天线输入端口处看向反射地板的输入阻抗变为：

其中，Z_L为加载结构结构等效阻抗，n为自然数，可以看到引入电感性结构时，带内(βh2π)Z_in≠0，即会破坏短路效应，将短路点移出带外，因而实现带宽加倍。经仿真验证，本发明天线有源驻波带宽为10：1，辐射效率高于90％，在保证较高辐射频率的同时超过现阶段绝大多数天线阵列的相对带宽。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来见，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明紧耦合天线阵全视图。