一种可重构的紧耦合宽带阵列天线制造技术

本发明专利技术提出一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，用于解决阵列天线带宽受限的技术问题，包括上下平行设置的介质宽角匹配板和金属地板，及垂直固定在两板间的M个周期性排布的偶极子天线板，偶极子天线板包括介质板和N个周期性排布的偶极子辐射单元，相邻偶极子辐射单元的天线臂交叠排列，天线臂包括前臂与后臂，一个前臂连接平衡转换器地线，另一个前臂连接平衡转换器芯线，平衡转换器芯线与固定在金属地板上的天线连接器相连，两个后臂各通过短路平衡支节与金属地板相连。两个天线臂的前臂与后臂间，平衡转换器地线与两个短路平衡支节间各连接一个开关，通过四个开关的通断，实现紧耦合模式与常规模式的切换，实现对S/C/X/Ku频段全覆盖。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构的紧耦合宽带阵列天线
本专利技术属于天线
，涉及一种阵列天线，尤其涉及一种覆盖S/C/X/Ku频段的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线。
技术介绍
传统的超宽带阵列天线因为其优势得到了迅猛发展，而随着研究的不断深入，其缺点也逐渐显现。首先，也是最重要的制约因素，是阵列间的耦合给性能带来的影响。由于阵列天线的阵元往往排布紧密，相邻单元间会产生强烈的耦合，使得阵列单元的场分布与单个超宽带天线不同，进而影响整个阵列的性能。超宽带天线为了实现超宽带特性，需要较大的尺寸，难以实现小型化、易共形等要求。超宽带紧耦合天线阵，相比于传统的阵列巧妙化解了阵元间耦合的影响，利用并加强耦合来拓展天线带宽，可以实现在三个倍频内有较好的性能指标。基于利用耦合拓展带宽的理念，紧耦合天线阵不是传统宽带天线而是振子作为阵单元，典型大小仅为最大工作频率对应波长的二分之一，体积远小于传统的超宽带天线。在剖面高度方面，紧耦合天线为了提高正向辐射，需要在阵列平面以下四分之一中心频率波长处放置一块金属反射板。相比于Vivaldi天线等，剖面高度已经得到了极大的压缩。除了前述两点优势，紧耦合天线阵还有易共形、宽角扫描等优势。但随着研究的深入和工程应用要求的增加，紧耦合天线阵列也受到馈电巴伦的结构问题的限制，以及在频段两端性能的降低的影响,无法做到对S/C/X/Ku频段的全覆盖以及在该频段内优异的性能。例如，申请公布号为CN106684574A，名称为“6-18GHz超宽带阵列天线”的专利申请，公开了一种6-18GHz的超宽带阵列天线，包括若干偶极子天线，所述的偶极子天线紧密排列，构成偶极子阵列，相邻偶极子天线的辐射臂相互重叠。利用交叠的辐射振子之间产生强耦合效应展宽阵列的工作带宽，另外，为了在阵列扫描时消除一些电纳的变化，在强耦合阵列顶端添加一层介质匹配层，进一步抵消接地面电抗随频率的变化，由此得到的偶极子阵列具有更宽的频带特性，实现宽角扫描，该专利技术覆盖的工作频段为三个倍频(6GHz-18GHz)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，通过将紧耦合技术与可重构技术的结合，实现在S/C/X/Ku频段的全覆盖，有效地拓宽阵列天线的带宽。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，包括上下平行设置的介质宽角匹配板1和金属地板3，以及垂直固定在介质宽角匹配板1和金属地板3之间的M个周期性平行排布的偶极子天线板2，M≥2；所述偶极子天线板2，包括介质板21和印制在介质板21上的N个周期性排布的偶极子辐射单元22，N≥2，所述偶极子辐射单元22包括两个印制在介质板21正反两面的天线臂221，相邻偶极子辐射单元22的天线臂221部分交叉重叠排列，用于实现紧耦合特性；所述金属地板3，其板面上设置多个安装孔，每个安装孔内各固定一个天线连接器4；上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述两个印制在介质板21正反两面的天线臂221上各设置有一个缝隙，将天线臂221分割为前臂与后臂，其中一个前臂连接平衡转换器地线224，另一个前臂连接平衡转换器芯线225，所述平衡转换器芯线225与相对应的天线连接器4相连；两个后臂各通过短路平衡支节222与金属地板3连接，所述两个天线臂221的前臂与后臂的缝隙内，以及所述平衡转换器地线224与两个短路平衡支节222之间各连接一个开关223；当两个天线臂221的前臂与后臂的缝隙内连接的开关223接通，且平衡转换器地线224与两个短路平衡支节222之间连接的开关223断开时，阵列天线工作于紧耦合模式，覆盖低频段S/C，当两个天线臂的前臂与后臂的缝隙内连接的开关223断开，且平衡转换器地线224与两个短路平衡支节222之间连接的开关223接通时，阵列天线工作于常规模式，覆盖高频段X/Ku，用于实现可重构特性。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述介质宽角匹配板1，其与偶极子天线板2固定的面上设置有M个周期性平行排布的矩形凹槽，用于与M个偶极子天线板2相嵌。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述两个印制在介质板21正反两面的天线臂221，采用蝶形宽带偶极子。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述两个印制在介质板21正反两面的天线臂221上设置的缝隙，与金属地板3的板面垂直，且缝隙在天线臂221上的位置可根据不同的频率需求而变。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述两个天线臂221的前臂与后臂的缝隙内和所述平衡转换器地线224与两个短路平衡支节222之间连接的开关223，采用PIN二极管开关。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述平衡转换器地线224，与两个短路平衡支节222之间连接的开关223的位置，可根据不同的平衡馈电及阻抗匹配要求而变。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述两个后臂各通过短路平衡支节222与金属地板3连接，连接位置可根据不同的平衡馈电及阻抗匹配要求而变。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述平衡转换器地线224与两个短路平衡支节222之间各连接一个开关223，其中一个开关连接在平衡转换器地线224与同该平衡转换器地线224共面的短路平衡支节222之间，另一个开关连接在平衡转换器地线224与同该平衡转换器地线224异面的短路平衡支节222上的短路探针之间。上述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，所述平衡转换器芯线225，采用等宽的微带线，所述平衡转换器地线224，采用宽度从上到下由窄变宽的指数渐变型微带线，且所述等宽的微带线的中线与所述指数渐变型微带线的中线重合。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术由于采用相邻偶极子辐射单元的天线臂部分交叠排列的紧耦合阵列天线，产生强烈的互耦效应，并在偶极子天线臂上各设置一个缝隙，且在缝隙内连接一个开关，同时，在平衡转换器地线与两个短路平衡支节之间各连接一个开关，通过四个开关的通断,实现了紧耦合模式与常规模式切换重构特性，仿真结果表明，本专利技术在保证小型化的同时，实现了在S/C/X/Ku频段内的全覆盖，有效地拓宽阵列天线的带宽。附图说明图1为本专利技术实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例的偶极子天线板结构示意图；图3为本专利技术实施例的偶极子辐射单元结构示意图；图4为本专利技术实施例在S/C频段的反射系数S11图；图5为本专利技术实施例在X/Ku频段的反射系数S11图；图6为本专利技术实施例在频点2GHz处的扫描方向图；图7为本专利技术实施例在频点6GHz处的扫描方向图；图8为本专利技术实施例在频点9GHz处的扫描方向图；图9为本专利技术实施例在频点15GHz处的扫描方向图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细说明。参照图1，一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，包括上下平行设置的介质宽角匹配板1和金属地板3，以及垂直固定在介质宽角匹配板1和金属地板3之间的M个周期性平行排布的偶极子天线板2，M≥2，本实施例中，M取10，用以在兼顾小型化的同时满足实际使用的带宽要求。所述金属地板3，长为119.28mm，宽为224mm，高为0.5mm，其板面上设置10排且每排10个的矩形通孔，排间距为22.4mm，且每一排上的矩形通孔间距为11.2mm，长为2mm，宽为0.6mm，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，包括上下平行设置的介质宽角匹配板(1)和金属地板(3)，以及垂直固定在介质宽角匹配板(1)和金属地板(3)之间的M个周期性平行排布的偶极子天线板(2)，M≥2；所述偶极子天线板(2)，包括介质板(21)和印制在介质板(21)上的N个周期性排布的偶极子辐射单元(22)，N≥2，所述偶极子辐射单元(22)包括两个印制在介质板(21)正反两面的天线臂(221)，相邻偶极子辐射单元(22)的天线臂(221)部分交叉重叠排列，用于实现紧耦合特性；所述金属地板(3)，其板面上设置多个安装孔，每个安装孔内各固定一个天线连接器(4)；其特征在于：所述两个印制在介质板(21)正反两面的天线臂(221)上各设置有一个缝隙，将天线臂(221)分割为前臂与后臂，其中一个前臂连接平衡转换器地线(224)，另一个前臂连接平衡转换器芯线(225)，所述平衡转换器芯线(225)与相对应的天线连接器(4)相连；两个后臂各通过短路平衡支节(222)与金属地板(3)连接，所述两个天线臂(221)的前臂与后臂的缝隙内，以及所述平衡转换器地线(224)与两个短路平衡支节(222)之间各连接一个开关(223)；当两个天线臂(221)的前臂与后臂的缝隙内连接的开关(223)接通，且平衡转换器地线(224)与两个短路平衡支节(222)之间连接的开关(223)断开时，阵列天线工作于紧耦合模式，覆盖低频段S/C，当两个天线臂的前臂与后臂的缝隙内连接的开关(223)断开，且平衡转换器地线(224)与两个短路平衡支节(222)之间连接的开关(223)接通时，阵列天线工作于常规模式，覆盖高频段X/Ku，用于实现可重构特性。...

【技术特征摘要】
1.一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，包括上下平行设置的介质宽角匹配板(1)和金属地板(3)，以及垂直固定在介质宽角匹配板(1)和金属地板(3)之间的M个周期性平行排布的偶极子天线板(2)，M≥2；所述偶极子天线板(2)，包括介质板(21)和印制在介质板(21)上的N个周期性排布的偶极子辐射单元(22)，N≥2，所述偶极子辐射单元(22)包括两个印制在介质板(21)正反两面的天线臂(221)，相邻偶极子辐射单元(22)的天线臂(221)部分交叉重叠排列，用于实现紧耦合特性；所述金属地板(3)，其板面上设置多个安装孔，每个安装孔内各固定一个天线连接器(4)；其特征在于：所述两个印制在介质板(21)正反两面的天线臂(221)上各设置有一个缝隙，将天线臂(221)分割为前臂与后臂，其中一个前臂连接平衡转换器地线(224)，另一个前臂连接平衡转换器芯线(225)，所述平衡转换器芯线(225)与相对应的天线连接器(4)相连；两个后臂各通过短路平衡支节(222)与金属地板(3)连接，所述两个天线臂(221)的前臂与后臂的缝隙内，以及所述平衡转换器地线(224)与两个短路平衡支节(222)之间各连接一个开关(223)；当两个天线臂(221)的前臂与后臂的缝隙内连接的开关(223)接通，且平衡转换器地线(224)与两个短路平衡支节(222)之间连接的开关(223)断开时，阵列天线工作于紧耦合模式，覆盖低频段S/C，当两个天线臂的前臂与后臂的缝隙内连接的开关(223)断开，且平衡转换器地线(224)与两个短路平衡支节(222)之间连接的开关(223)接通时，阵列天线工作于常规模式，覆盖高频段X/Ku，用于实现可重构特性。2.根据权利要求1所述的一种可重构的紧耦合宽带阵列天线，其特征在于，所述介质宽角匹配板(1)，其与偶极子天线板(2)固定的面上设置有M个周期性平行排布的矩形凹槽，用于与M个偶极子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，汪俊，刘哲，鲍重兴，杨康敏，岳正鹏，方涛，钟志浩，李琦，
申请(专利权)人：西安星网天线技术有限公司，北京机电工程研究所，刘哲，
类型：发明
国别省市：陕西,61