[发明专利]双极化紧耦合偶极子阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及超宽带天线技术领域，尤其涉及一种基于交指型紧耦合偶极子单元的双极化超宽带宽角天线阵列。

背景技术

传统的超宽带阵列天线因为其优势得到了迅猛发展，而随着研究的不断深入，他们的缺点也逐渐显现。首先，也是最重要的制约因素，是阵列间的耦合给性能带来的影响。由于阵列天线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性能。除了耦合问题外，超宽带天线的体积问题也备受诟病，传统的Vivaldi天线阵、脊背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；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。

超宽带紧耦合天线阵，相比于传统的阵列巧妙化解了阵元间耦合的影响，与传统阵列选择抑制耦合或者消除耦合不同，超宽带耦合天线阵选择和利用并加强耦合来拓展天线带宽。基于利用耦合拓展带宽的理念，紧耦合天线阵不是传统宽带天线而是振子作为阵单元，典型大小仅为最大工作频率对应波长的二分之一，体积远小于传统的超宽带天线。在剖面高度方面，紧耦合天线为了提高正向辐射，需要在阵列平面一下四分之一中心频率波长处放置一块金属反射板。相比与Vivaldi天线等，剖面高度已经得到了极大的压缩。除了前述两点优势，紧耦合天线阵还有易共形、宽角扫描、低RCS(Radar Cross Section)、交叉极化性能好等优势。

研究表明，这种新型阵列具有超宽频带特性，宽角扫描的特性；由于天线电尺寸极小，组阵后天线阵列整体体积小，雷达散射口径小，故其还可以用于共形，且不会对被共形物件的气动性能产生较大影响。对于该种新型阵列技术，如何通过其特性设计其结构成为研究的方向，因此，对这种新颖的天线结构开展研究从而获得更高性能的天线技术指标具有重要的实际工程意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于交指型双极化紧耦合偶极子阵列天线，利用偶极子阵元间的强耦合作用，加上匹配的馈线结构，此天线具有更好的宽带宽角性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种双极化紧耦合偶极子阵列天线，该天线阵列包括若干双极化天线单元，所述双极化天线单元包括正交放置的单极化偶极子单元，所述单极化偶极子包括交指段，所述交指段设计为相互扣紧的形式。

所述双极化偶极子单元包括左右两个正交的单极子，每个单极子包括偶极子臂和交指段；所述偶极子臂为半开口，两个偶极子臂的开口向外设置，所述开口处连接交指段；属于同一单极化偶极子单元的交指段互补插合，形成耦合。

所述单极化偶极子单元包括宽角匹配层、介质基板、介质基板上的偶极子单元、金属地和过渡巴伦；所述馈电巴伦包括最底端的三角渐变微带线部分和中间的过渡部分以及后半部分的共面带线，所述过渡部分巴伦包括上层地线、渐变地线、信号线；所述上层地线和信号线与偶极子单元位于介质基板的同一个面上，上层地线和信号线的上端分别连接偶极子单元的左右两个单极子；所述信号线分为上、下两节，所述上节与上层地线大致平行，下节为微带线，微带线线宽逐渐变宽以实现阻抗转换；所述介质基板上设有若干周期金属过孔，上层地线通过周期金属过孔与位于介质基板另一面的渐变地线相连实现导通，以实现渐变的阻抗匹配和场匹配；渐变地线宽度从下至上随曲率渐变曲线渐变减小，最终与上层地线宽度一致。

所述偶极子单元上端设置宽角匹配层，用于改善扫描特性。

所述渐变地线使用曲率渐变曲线渐变，公式中h_down表示整个渐变曲线的高度，c_down、w_down分别表示渐变线自变量t的变化区间，m表示渐变曲线的曲率。

所述交指段由若干连续矩形交指组成。

所述信号线下节微带线为达到同轴线阻抗到信号线的阻抗变换，微带线宽度从上至下呈三角形渐变变宽。

引入50欧电阻加载与渐变底线与金属地之间消除在特定频点处产生的共模电流引起的共模谐振。

本发明具有如下创新：

1.本发明主要提出一种基于偶极子阵元间互耦效应的双极化超宽带天线，通过加强阵元间的耦合拓宽天线带宽。

2.结构简单，易于加工：结构源于印刷偶极子天线，整个天线单元都是印刷在PCB板上，馈线结构也是由双线到微带的转化，构造简单紧凑，方便加工。