[发明专利]基于交指形阻性表面加载的强耦合超宽带相控阵天线

说明书

本发明公开了基于交指形阻性表面加载的强耦合超宽带相控阵天线及其研制方法。通过改进传统竖直型强耦合相控阵天线，在天线与反射地板之间加载一种交趾形阻性表面，拓宽天线工作频带。应用一种超宽带共面带线‑微带线馈电巴伦，与天线辐射贴片集成在同一天线介质基板上，结构简单，加工简便。天线上方印刷金属开口环超材料结构的介质匹配层，取代了传统纯介质宽角阻抗匹配层，质量更轻，厚度更薄。本发明结构简单稳固，易于加工，在f_L～10f_L频段内可达到E面60度扫描有源驻波小于2.5，H面60度扫描有源驻波小于3.6，并且天线整体高度小于0.65个高频波长，利用该设计的相控阵天线尤其适合需要超宽工作频带的应用平台。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，特别涉及基于强互耦效应的超宽带相控阵天线及其研制方法。

背景技术

相控阵天线技术早在1925年就已被学者提出，其工作原理即在阵列天线中通过改变馈电相位进而控制波束。相控阵天线因其波束快速变化能力、多波束扫描能力、空间信号功率合成能力等，广泛应用于雷达、通信及电子对抗领域。现代雷达、电子通信等技术的发展，以及诸如飞机、导弹等高速平台的出现，对雷达的探测距离、目标快速跟踪识别等能力提出了更高要求。传统相控阵天线为了满足大角度扫描，单元间距通常设计的很小，这一特点带来的互耦效应致使在天线设计中必须加入复杂的去耦合结构来保持天线的辐射特性，这使得天线的设计难度和制造成本大大增加。现如今传统超宽带相控阵技术已较为成熟，但是在有限的剖面高度内实现超过十个倍频程的工作带宽依然是相控阵设计的难点。例如现在广泛使用的渐变开槽天线(Vivaldi)形式等天线，虽然可以实现超宽带的阻抗匹配特性，但是依旧存在剖面高度过高、交叉极化较差等缺点，不利于相控阵天线的安装与共形。

现代电子技术及电子系统功能高度集成化的发展趋势对相控阵天线的研究也提出了新的需求，研究同时具有低剖面、轻量化、超宽频带、宽角扫描、低交叉极化等特性的相控阵天线十分关键。近年来，一种加强阵列单元间耦合并加以利用的天线形式，即强耦合天线应运而生。通过单元间的强电容耦合，此种天线可以在具有较小的单元间距与较低的剖面高度的同时，实现超宽带的阻抗匹配特性。因此，对此种新颖的天线结构展开研究从而获得更高性能的天线技术指标，具有非常重要的实际工程意义。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对竖直型强耦合天线工作带宽不够，剖面较高等问题，加载一种交指形阻性表面结构，加上超宽带的馈电匹配结构，实现具有较低的剖面高度，并且具有f_L-10f_L(十倍频程)超宽频带覆盖和E面、H面±60°宽角扫描的双极化低剖面超宽频带强耦合偶极子相控阵天线。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

提供基于交指形阻性表面加载的强耦合超宽带相控阵天线，该天线包含印刷在天线介质基板上的对拓偶极子辐射贴片与共面带线-微带线馈电巴伦、呈交叉排列的天线介质基板、寄生耦合贴片、加载在对拓偶极子辐射贴片和金属地板之间的交指形阻性表面、设置与天线介质基板垂直且位于其顶端的介质匹配层、设置与天线介质基板垂直且位于其底端的金属地板以及同轴馈电电缆，所述对拓偶极子辐射贴片与共面带线-微带线馈电巴伦集成于同一块天线介质基板上，其中共面带线-微带线馈电巴伦包括通过共面带线与拓偶极子辐射贴片相连的第一部分以及设置在天线介质基板另一面的第二部分，位于天线介质基板两面的馈电巴伦之间，设计有一系列金属化过孔相互连接。

进一步的，所述对拓偶极子辐射贴片及共面带线-微带线馈电巴伦包括两种不同的极化方向，分别印刷在交叉排列的天线介质基板上。所述交叉排列的天线介质基板包括沿Y方向极化的第一天线介质基板和沿X方向极化的第二天线介质基板，两种不同极化方向的天线介质基板在印刷对拓偶极子天线单元末端的结构各不相同，分别设置不同的矩形安装槽相互交叉安装。