[发明专利]宽带阵列天线

说明书

本发明提供了一种天线阵列，包括单格阵列，每个单格包括两个第一类型的环形元件和两个第二类型的环形元件，其中，在每个单格中：第一类型的元件包括平衡馈电，以在第一极化方向上产生辐射，第二类型的元件包括平衡馈电，以在第二极化方向上产生辐射，以及第一类型的每个元件电容耦合到位于相邻单格中的第一类型的另一元件，以及第二类型的每个元件电容耦合到位于相邻单格中的第二类型的另一元件。

本发明涉及阵列型天线，特别涉及被设计为具有宽可用频率带宽的这种天线。

现有的微波天线设计的种类繁多，包括由平面导电元件阵列组成的那些微波天线设计，该平面导电元件阵列与地平面间隔开。

宽带双极化相控阵在许多应用中越来越受期待。这种阵列(包括向入射场呈现垂直导体的元件)经常遭受高交叉极化。许多系统功能都有明确的极化要求。一般来说，在整个带宽上都期望有低交叉极化。

相互耦合总是发生在阵列天线中，它与元件类型、波长方面的元件分离以及阵列几何形状有关。它通常是必须避免栅瓣产生的宽带宽阵列中的一个特别的问题。

申请人自己的在先公开的PCT申请WO2010/112857和英国专利申请：GB2469075，描述了双极化的宽带阵列。该专利中的一个例子在图1至4中示出，并在下文进行描述。

在图1中，中心元件50被四个等间隔元件52,54,56,58围绕。中心元件50经由各自的电容器C耦合到元件52和54。中心元件50还用各自的元件56和58形成两个元件对的一半。进一步地，这些元件可以被封装在薄层60中的两层电介质之间。该天线设计还包括与主天线层60间隔开的另一无源导电层62。

图2示出了图1的相同核心“单格”元件。两个信号注入或激励端口被编号为70,72，以及两个耦合电容器被编号为74,76。

图3是示出了天线块结合图1和图2单格的的功能层的示意图。图2的有源层与接地层间隔开，并且无源层与有源层间隔开，以使无源层比有源层更远离接地层。无源层是可选的，因为它也在在本发明中。它是与主有源天线元件阵列层平行且间隔开的导电层。无源层是与有源阵列相似的导电元件的另一层，并且优选地与有源阵列一起布置，以使两个阵列的元件对齐。

如图4和5所示，单格被构建成更大的阵列。图4示出使用图1-3中所示的现有技术元件的类型的较大阵列。可以很容易看出，除了阵列边缘的元件外，不在边缘的元件虽然物理上相同，但实际上可以被归类为两种不同的类型。如前所述，可以被认为是中心元件(标记为“A”)的元件，如前文所述，与两个其他元件形成两个偶极子的一部分，并且另外电容耦合到另外两个元件。阵列中的另一种类型的元件仅形成一个元件对的一部分，并且仅电容耦合到另一个元件。图5显示了一个完整的阵列。

现有技术天线的一种不同类型是“Munk”天线，如B.Munk“Atenband，low profilearray of end loaded dipoles with dielectric slab compensation(具有电介质平板补偿的末端加载偶极子的宽带、低调阵列)”(Antennas Applications Symp(天线应用讨论会)，pp.149-165，2006)所示，使用完全不同的方法来设计宽带阵列。图6显示了一个示例。阵列元件之间有意使用相互耦合，并通过引入电容进行控制。元件由耦合偶极子(14,20)和耦合偶极子(12,16)的一部分组成。偶极子端部之间的电容C使辐射场变得平滑，并实现宽的带宽。通过在双极阵列顶部放置电介质层来增强频带和扫描角度所需的阻抗稳定性。

叠加的电介质层对于Munk偶极阵列的设计是非常重要的。为了获得宽带宽，需要三或四层电介质板，使得大规模阵列成本变高。

使用Munk阐述的原理的一种天线类型是电流片阵列(CSA)。图6中示出了一种通过使用紧密间隔的偶极子元件形成的CSA。其结构包括：偶极子阵列(图1中所示的一个部分)顶部的两层介电材料(2,6)，以及两侧的两个薄片(两者都显示为层8)，以在其中嵌入偶极子元件(12,14,16,18,20,22)。