[发明专利]一种超宽带低剖面低散射曲面相控阵天线

说明书

本发明属于天线工程技术领域，具体提供一种超宽带低剖面低散射曲面相控阵天线，用以针对隐身平台中超宽带天线带宽拓展、天线与散射缩减结构低剖面集成、超宽带低散射天线曲面化设计等问题。本发明提出对入射电磁波的反射电磁波幅度相同、相位差180°的相对0°相位响应天线单元与相对180°相位响应天线单元，通过两种天线单元的交错排布实现对目标载体的RCS缩减能力、提升天线的辐射极化纯度；同时，通过改进天线单元馈电结构使得天线阵具备超宽带阻抗匹配能力，实现覆盖S波段、C波段、X波段、Ku波段(160％相对带宽)的2～18GHz超宽带相控阵天线设计，且具有低剖面、低散射的优点。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，具体为一种超宽带低剖面低散射曲面相控阵天线。

背景技术

随着现代无线技术的快速发展，相控阵天线凭着其波束扫描速度快、方向图赋形灵活、抗干扰能力强、跟踪精度高等优势，被广泛地应用于雷达、通信、传感等领域中，更是成为现代先进武器装备平台上的关键部件之一。在电磁频谱战中，电磁频谱存在泛在感知与精准控制的强烈需求，对频谱提出了超宽带精准感知的需求，因而相对应的电磁收发相控阵天线部件将面临着同时实现超宽带工作、大角度波束覆盖、高极化纯度的技术挑战，同时平台的适装性又对低剖面曲面外形以及低电磁散射等性能需求提出了额外的技术挑战。本发明正是针对相控阵天线超宽带、低剖面、曲面化外形、高极化纯度以及低电磁散射等技术挑战而提出。

首先，基于现在信息战中多功能一体化应用，文献“S.S.Holland,D.H.Schaubertand M.N.Vouvakis,《A 7–21GHz du-al-polarized planar ultrawideband modularantenna(PUMA)array》，IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.60,no.10,pp.4589-4600,Oct.2012”中，天线阵列直接采用非平衡馈电方式为水平偶极子进行馈电；由于馈电结构不平衡，两馈电线上存在共模电流；为了将由此产生的带内共模谐振移出带外，该天线在偶极子两臂各额外引入一根短路探针以缩短谐振长度；该馈电结构上没有用到任何外置巴伦和同轴电缆，因此整个阵列可以采用标准多层印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)技术实现；通过对一个16×16阵列进行实验验证，表明了该天线阵列可以在7～21GHz频段内扫描至±45°，剖面高度约为0.19个最低工作频率对应的自由空间波长；显然，该天线仅实现了3:1的阻抗带宽比，无法完整覆盖2～18GHz(9:1阻抗带宽比)超宽带应用频段，且该天线结构为平面形式，无法共形集成于曲面载体上。

又如，文献“J.Zhong,A.Johnson,E.A.Alwan and J.L.Volakis,《Dual-linearpo-larized phased array with 9:1bandwidth and 60°scanning off broadside》，IEEETrans.Antennas Propag.,vol.67,no.3,pp.1996-2001,Mar.2019”中，天线单元改进了巴伦的设计，在传统Marchand巴伦的基础上添加了蜿蜒线谐振抑制器，将紧耦合天线的带宽提升至9:1阻抗带宽比，覆盖了2～18GHz；这种天线单元结构复杂，由于其高度紧凑集成的平衡式馈电结构，天线的极化纯度优于40dB；然而，由于谐振抑制蜿蜒线的存在，该天线的剖面高度约为15mm(0.1个最低工作频率对应的自由空间波长)；该文献中提出的天线结构依然为平面形式，无法共形集成于曲面载体上。

又如，申请号为201710515792.X的中国专利“一种强互耦超宽带宽角扫描双极化共形相控阵天线”中，提出了一种基于紧耦合原理的超宽带曲面共形天线，然而其实现的工作带宽仅覆盖6～18GHz(3:1阻抗带宽比)，无法满足9:1阻抗带宽比应用需求。