[发明专利]超宽带共辐射孔径天线单元

说明书

本发明公开的超宽带共辐射孔径天线单元，旨在提供一种极化隔离度高，插入损耗小、能够减轻天线重量，降低天线损耗的宽带辐射孔径天线单元。本发明通过下述技术方案予以实现：强耦合天线介质层的层中镶嵌有相邻十字圆弧过渡相连的十字对角圆弧耦合贴片，上、下表面刻蚀有十字架形的微带偶极子振子臂辐射贴片，微带偶极子振子臂7射贴片被4个开槽线分成对称的偶极子对，且水平微带偶极子对和垂直偶极子对分别位于该层结构的上下两面，以此两对偶极子多作为天线的基本单元，在空间上，呈十字隔槽分隔的上、下对应交叉撘叠的，对称耦合平衡馈电的结构形式，从而形成产生相互容性加载馈电的高隔离度、低交叉极化和强耦合效应的超宽带工作天线单元。

技术领域

本发明涉及一种广泛应用在航空和航天领域的宽带共孔径天线，能对相控阵天线系统超宽带多频段、结构功能平台一体化需求的天线辐射孔径，尤其是18～40GHz超宽带一体化辐射孔径天线单元。

背景技术

现有技术微带天线以其自身的体积小、重量轻、易加工等特点在许多领域得到了重视，但微带天线辐射增益低，。但在大部分的应用当中都采用天线阵的形式。天线单元组成天线阵时，阵元的结构和馈电方式对天线阵的极化特性和旁瓣等有很大的影响。当用双极化微带天线组成天线阵元时，一方面要求天线具有双频特性，且每个频带又要求宽带工作；另一方面天线要具有双线极化特性，而且要求具有较高的隔离度。双频双极化天线虽然交叉极化特性得到了提高，频带宽、性能好，但是这种天线馈电比较复杂，发展缓慢。而且出现了不期望的旁瓣。微带天线是在带导体接地板的介质基片上贴加导体薄片构成，其辐射由微带天线边沿和地板之间的边缘场产生。具有重量轻，体积小，剖面低，易于共形和易于组阵等诸多优点，但是，微带天线也有其自身的缺点，比如，由于微带天线的谐振性，其频带较窄，因而限制了其进一步的应用和发展，为此，提出很多方法来拓宽微带天线的带宽，其中最具代表性的是采用包括:单微带对角馈电、双微带边馈、同轴双馈电、双小孔耦合馈电等的双线极化微带天线的馈电方法来解决这些缺陷。近年来，由于无线通信的发展需求，各种形状的微带贴片，例如蝶形、倒F形、三角形、L形等，都被用来拓展天线频带。此外，采用一些特殊的馈电形式也可以展宽天线带宽。例如采用L形探针馈电、共面波导(CPW)馈电的结构形式也可以明显提高微带天线的相对带宽。由于事物都有两面性，天线带宽的增加必然带来结构的进一步复杂。所以，在设计微带天线、增大其带宽的同时，也应考虑到不应使天线过于复杂，否则将增加天线分析、制作和调协的难度。

任何双极化天线都要用两个端口进行馈电，每个阵元的馈电端口用相同的激励源进行馈电，但具有不相同的相位(“一”表示初相位为－90度，“+”表示初相位为+90度)。一般采用一个端口H为水平极化馈电端口，另一端口V为垂直极化馈电端口。垂直极化端工作于TMol模，水平极化端口H工作于TMlo模，水平极化和垂直极化的两极化分量均相互正交，和理论分析基本一致。但该天线存在几个缺点：一是采用金属直接成型的结构，重量较大；二是馈电线与支撑柱之间的距离很小，该距离对阻抗带宽影响很大，必然会增加安装、调试、维护的成本；三是该天线两个馈电线之间距离过大，阻抗的一致性差。不同的馈电方式各有其优缺点。但要同时实现高极化隔离、低交叉极化、低插入损耗、天线阵列的高效率辐射等性能仍较为困难。为满足极化隔离度、交叉极化以及工作带宽的要求,双线极化微带天线的馈电常采用双同轴馈电或双小孔耦合馈电。相对而言,双同轴馈电微带天线的制作较为困难,加工精度要求高，且工作带宽较窄；而双小孔耦合馈电虽然工作带宽较宽,但由于双极化馈电网络位于同层介质上,极化隔离和交叉极化较差。微带天线阵列的馈电方式包括串联馈电和并联馈电两种基本形式。在微带天线阵列中,为了减少插入损耗和获得更高的辐射效率,常常采用串联馈电结构，但串联馈电结构的不同馈电点间存在相位差,使得辐射方向发生偏移,限制了串联馈电在微带阵列中的广泛应用。宽带共用孔径天线技术是一种新的相控阵天线技术，它通过一个通用的超宽带将多个天线的功能结合到一个相控阵天线孔径中，从而实现多种功能，降低了器件一个超宽带的瞬时带宽；也可以控制各频段的移相的研制难度。