[发明专利]铁氧体加载的双极化低剖面强耦合超宽带相控阵天线

说明书

本发明公开了一种铁氧体加载的双极化低剖面强耦合超宽带相控阵天线，包括四面分裂环形超材料宽角阻抗匹配层、强耦合平面交叠偶极子单元、双Y型馈电巴伦、X型频率选择表面、组合式网状铁氧体、集成微带功分器的反射地板；强耦合平面交叠偶极子单元上表面天线工作在垂直极化状态，下表面天线工作在水平极化状态；双Y型馈电巴伦上、下方分别与强耦合平面交叠偶极子单元和集成微带功分器的反射地板进行焊接；组合式网状铁氧体位于X型频率选择表面与集成微带功分器的反射地板之间的特定位置。本发明通过对偶极子排布的精心设计达到了双极化特性，并加载铁氧体材料达到了低剖面的物理特点以及超宽带、宽角扫描等优良辐射性能。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，具体涉及一种铁氧体加载的双极化低剖面强耦合超宽带相控阵天线。

背景技术

相控阵天线由一个个相同的均匀排布的辐射单元组成，通过控制辐射单元的馈电相位，可以改变辐射方向图的形状进而实现波束的快速扫描。近年来，无论是雷达系统、射电天文系统还是无线通信系统，相控阵天线涉足的领域越来越广，随之涌现的性能需求也越来越多。首先，天线的剖面高度是物理尺寸上最重要的考量因素之一，随着空间使用率的不断增加，减小天线的剖面高度，以实现天线的集成和共形，将天线结构与作战平台一体化，是提高系统稳定性和可实行性的必要途径。其次，天线工作带宽也一直是目前相控阵天线的基本要求为了使不同工作频段的雷达系统均能正常工作，一幅可工作于超宽频带的相控阵天线必然是最优选择。最后，为了保证波束覆盖范围，宽角扫描性能也成为越来越多相控阵天线的设计要求。

基于上述对相控阵天线所提出的新要求，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，此种天线不仅缩小了单元横向及纵向尺寸，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。同时，近年来一些研究将新型材料加载作为提升天线性能的新途径。如申请号为CN201821278063.3的中国专利“一种铁氧体加载的宽频带整流天线”就提出将铁氧体加载于整流天线上，降低天线工作频率并减小天线体积。但该天线的带宽及扫描角等性能都不满足实际相控阵需求。在申请号为CN201910301638.1的中国专利“基于磁介质型人工磁导体的超低剖面强耦合超宽带相控阵”中，磁介质型人工磁导体的引入也极大程度上降低了天线剖面，但其带宽依然仅有3个倍频程。在专利号为WO 2018/039053的美国专利“具有同相位中心的低剖面超宽带低频模块化相控阵天线”(Low profile,ultra-wide band,low frequency modularphased array antenna with coincident phase center)以及该作者发表于2019年的文章“Dual Polarized Ultrawideband Coincident Phase Center TCDA with 15:1Bandwidth”中，提出了一种带宽高达15倍频程的加载铁氧体材料的相控阵天线，但是该天线的剖面并未得到大幅改善，仍然高达0.46倍高频波长。

上述专利及文章都对铁氧体或磁介质等新型材料在天线加载上的应用做出了贡献，但也都没有达到带宽、扫描角和剖面的统一。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

针对现有技术中的不足，本发明提供的铁氧体加载的双极化低剖面强耦合超宽带相控阵天线，解决了现有相控阵天线中，天线带宽较窄，扫描角不广，剖面较高的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种铁氧体加载的双极化低剖面强耦合超宽带相控阵天线，包括四面分裂环形超材料宽角阻抗匹配层、强耦合平面交叠偶极子单元、双Y型馈电巴伦、X型频率选择表面、组合式网状铁氧体、集成微带功分器的反射地板；所述四面分裂环形超材料宽角阻抗匹配层设置于强耦合平面交叠偶极子单元上方，且有方形开槽避让焊点；所述强耦合平面交叠偶极子单元上表面天线工作在垂直极化状态，下表面天线工作在水平极化状态；所述双Y型馈电巴伦上方与强耦合平面交叠偶极子单元进行焊接，下方垂直镶嵌于集成微带功分器的反射地板之上。