[发明专利]一种平面紧耦合双极性超宽带相控阵天线

说明书

本发明公开了一种基于紧耦合偶极子单元的平面双极性超宽带相控阵天线，属于电子通信技术领域，特别是超宽带相控阵天线领域。通过改进现有紧耦合天线阵列结构和馈线网络，并在偶极子天线单元的每个单极子上引入到地的接地孔来消除影响宽带天线性能的共模信号干扰，取消了现有紧耦合天线馈电网络中必有的宽带巴伦器件，解决了现有宽带相控阵天线成本高、不易共形、制作复杂及不能实现模块化功能的缺陷。实现的新型平面紧耦合双极性超宽带相控阵天线具有指标高、频带宽、小型化、易共形、结构简单和可模块化拼装等优点，可以满足现代民用移动通讯系统和军事探测雷达系统的发展对新一代相控阵天线的要求。

技术领域

本发明属于电子通信技术领域，特别是超宽带相控阵天线领域。

背景技术

尽管多年来传统的宽带阵列技术在研究方面一直不断取得重大的进展，但其仍然存在成本高昂、制造复杂、难以与平台(机身、车辆和船舶等)对装等问题。更严重的是，由于制造难度较高，使得其工作频率难以扩展到Ku波段以上，且在这些阵列中往往存在大量的巴伦器件，使得系统的集成更加复杂。

对宽带阵列天线而言，目前主要分三大类：垂直天线阵列、全平面天线阵列和紧耦合天线阵列。

垂直天线阵列包含渐变式槽天线阵列、类双极子天线阵列等，其工作带宽可达10:1，但由于阵元垂直摆放，故尺寸较大、难以集成；在高度方向上尺寸较大、天线旁瓣较高，严重限制了其应用范围；结构复杂、造价高昂，不适用于未来的低成本、多功能天线系统。

全平面天线阵列中比较典型的是微带贴片(补丁天线)阵列，该天线阵列的辐射单元和探针或孔耦合馈源都是使用简单的平面微波PCB技术制造，成本较低，其最大的相对工作带宽约为20％，尽管通过采用介质谐振器的方法可以将其相对工作带宽提高至22％，但由于介质材料成本相对较高，使得这2％性能的提升不具有性价比的优势。

紧耦合天线阵列是Munk在2003年提出的一种从频率选择表面(FrequencySelective Surface，FSS)技术发展而来的紧耦合天线阵列(Tightly Coupled Array，TCDA)。该电扫天线阵列利用单元天线之间形成的电容抵消单元天线与接地板之间形成的电感，能够在缩小天线阵列体积的同时提升天线阵列的带宽，兼具垂直天线阵列和全平面天线阵列的技术优势。但现有紧耦合天线的偶极子天线单元的馈电通常需要差分馈电(亦称平衡馈电)，因此通常需要将系统的50不平衡欧姆输入/输出阻抗通过巴伦转换为平衡输入/输出与天线馈电匹配。这种电路的转换要使用大量的宽带巴伦器件，会造成馈线结构复杂、电路体积增大，不利于系统集成。

发明内容

通过改进现有紧耦合天线阵列结构和馈线网络，在偶极子天线单元的每个单极子上引入接地孔来消除影响宽带天线性能的共模信号干扰，取消了现有紧耦合天线馈线网络中必有的宽带巴伦器件，本发明可解决现有宽带相控阵天线成本高、不易共形、制作复杂及不能实现模块化功能的缺陷。所实现的新型平面紧耦合双极性超宽带相控阵天线具有指标高、频带宽、小型化、易共形、结构简单和可模块化拼装等优点，可满足现代民用移动通讯系统和军事探测雷达系统的发展对新一代相控阵天线的要求。