一种新型高性能共形阵天线制造技术

本发明专利技术涉及一种新型高性能共形阵天线，解决的是的增益低、带宽窄、抗干扰能力差的技术问题，通过采用包括阵列设置的共形阵天线单元；共形阵天线单元使用两端口馈电的行波天线馈电结构，通过分形技术来减小尺寸，从而减少曲面对天线单元的辐射影响；采用缝隙耦合馈电结构来提高天线单元带宽、减小天线单元表面波损耗以及使辐射元与馈电网络具有更好的隔离。通过采用液晶调谐电路将液晶材料应用于天线单元之中，通过电调谐改变液晶等效介电常数使天线单元的谐振频率发生改变，从而控制共形阵天线单元在所需频段内的辐射特性，实现控制不同天线单元对于主波束的贡献，增强抗干扰能力的技术方案，较好的解决了该问题，可用于天线中。

A New High Performance Conformal Array Antenna

【技术实现步骤摘要】
一种新型高性能共形阵天线
本专利技术涉及通信天线领域，具体涉及一种新型高性能共形阵天线。
技术介绍
共形阵天线是一种附着于载体表面且与载体贴合的阵列天线，即需要将阵列天线共形安装在一个固定形状的表面上，从而形成非平面的共形天线阵。但由于传统共形天线体积较大、带宽较窄、增益较低，因此很难用于工程实用中。随着印制电路技术的发展，微带天线具有重量轻，体积小，低剖面，低成本，极化易控制，易与载体共形等优点，非常适合用于共形天线的设计。微带共形天线，将共形天线与微带天线两个概念相融合，不仅在飞行器表面有重大意义，在民用通信设备汽车、人体及医学领域也有着广阔应用前景。分形技术就是指在简单的空间里一些复杂的点的集合，这些集合拥有以下的几何性质。分形结构具有空间填充性，从整体上来看是不规则的，并且分形具有精细的结构，从数学的角度上对分形结构下定义，那就是分形维数大于拓扑维数的几何结构。分形结构具有自相似的特性，或者说是某种程度上整体与部分具有一定的相似比例。由于分形结构自身的空间填充性与自相似的特点，分形技术与天线的结合，使得分形天线在小型化与宽带化上有着天然的优势；因此，天线结构采用分形技术实现天线单元小型化且结构比较对称方向图不容易畸变。利用Minkowski分形结构的二阶分形来进一步减小天线尺寸。探新材料在天线中的应用，拓展天线的多功能是目前发展的新趋势。近年来，液晶材料的发展迅速，在微波频段具有较大折射率。在一定条件下，液晶材料在外加偏压过程中液晶分子会发生偏转，从而导致其介电常数的逐步变化，因此利用液晶材料介电常数电可调的性质，将其应用于共形阵天线设计，通过对每个液晶单元进行液晶调谐电路的单独设计来对每个天线单元的谐振点进行单独控制，从而控制天线单元的在所需频段内的辐射特性，从而改善曲面对共形阵天线的影响。目前的共形阵天线，其共形的特性决定了其必须与载体表面吻合。由于载体曲率的影响，阵元具有不同的方向图指向，即使所有阵元选用相同的天线单元，各单元的辐射方向图向量也不相同，此外，由于共形在载体表面的辐射阵元的指向不一样，即使所有的阵元均是线极化，由表面曲率带来的交叉极化也很有可能很高，因此在共形天线阵列的研究中，需要考虑交叉极化因素。当共形阵列的波束扫描到一定方向时，由于天线辐射受到载体遮挡的影响，并不是所有的阵列天线单元都对主波束有贡献，所以可以认为那些对主波束没有贡献的单元“不工作”，以免增加阵列的副瓣电平，降低辐射效率。因此现有的共形天线普遍存在增益低、带宽窄、抗干扰能力差的技术问题。本专利技术提供一种新的新型高性能共形阵天线，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中存在的增益低、带宽窄、抗干扰能力差的技术问题。提供一种新的新型高性能共形阵天线，该新型高性能共形阵天线具有增益高、带宽宽、抗干扰能力强的特点。为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：一种新型高性能共形阵天线，所述新型高性能共形阵天线包括阵列设置的共形阵天线单元；所述共形阵天线单元采用两端口馈电的行波天线H形缝隙耦合馈电结构，共形阵天线单元包括从上到下重叠设置的第四层介质基板、第三层介质基板、第二层介质基板以及第一层介质基板；第四层介质基板上方阵列设置有寄生贴片，第四层介质基板下方设置有与寄生贴片位置对应的二阶Minkowski分形结构的小型化辐射贴片；第三层介质基板中部设置有用于填充液晶材料构成液晶材料层的液晶槽，所述小型化辐射贴片浸泡在液晶材料中；第二层介质基板上表面设置有共面波导到带状线垂直过渡结构，下表面设置有带有H形缝隙的金属地；第一层介质基板上表面设置有下层开孔金属地；所述第四层介质上在寄生贴片的中心设置有通孔，所述共形阵天线单元还包括通过通孔与小型化辐射贴片相连的直流偏置电压电路。本专利技术的工作原理：本专利技术主要提供了一种小型化的共形阵天线单元，该共形阵天线单元使用两端口馈电的行波天线馈电结构，通过采用分形技术来减小天线单元尺寸，从而减少曲面对天线单元的辐射影响。并采用缝隙耦合馈电结构来提高天线单元带宽、减小天线单元表面波损耗以及使辐射元与馈电网络具有更好的隔离。此外，对每个单元设计液晶电调谐电路将液晶材料应用于天线单元之中，通过电调谐改变液晶等效介电常数使天线单元的谐振频率发生改变，从而控制共形阵天线单元在所需频段内的辐射特性，来控制不同天线单元对于主波束的贡献，来增强共形阵天线的抗干扰能力。从而解决共形阵天线窄频带、增益低、抗干扰能力差等无问题。上述方案中，为优化，进一步地，所述寄生贴片为一阶Minkowski分形结构的寄生贴片。进一步地，所述第三层介质基板、第二层介质基板以及第一层介质基板的厚度相同，为H；所述第四层介质基板的厚度为H/2。进一步地，所述二阶Minkowski分形结构的小型化辐射贴片的尺寸为0.14λ×0.14λ，其中λ为所述新型共成型形相控阵天线的天线谐振点波长。进一步地，所述第四层介质基板上设置有液晶注入孔，液晶注入孔用于注射液晶材料。本专利技术首先设计了共形阵天线单元。为了尽可能减小曲面对与贴片单元的辐射影响，首先对辐射贴片进行小型化设计。本专利技术在天线单元辐射贴片小型化的设计中考虑天线液晶电路的位置，缝隙耦合馈电结构，其中辐射贴片采用对称结构来避免了方向产生畸变。由于分形结构自身的空间填充性与自相似的特点。一方面,分形几何的自填充等特性使得天线单元可以比较容易的实现小型化；另一方面，由十分形几何所具有的自相似特性，天线可以获得多频带的特性。因此，本专利技术采用基于分形技术的天线辐射单元来实现天线小型化，具有随着分形阶数和缺口深度的增加，天线的谐振频率随之下降的特点。本专利技术在辐射贴片上层添加寄生贴片，寄生贴片产生的电场部分抵消原来由于耦合产生的电场，能够降低天线耦合，提高天线增益。寄生贴片可采用一阶Minkowski分形结构。对天线单元的馈电结构，本专利技术充分考虑周边电磁环境对天线单元电路结构特性的影响，采用缝隙耦合馈电结构以及采用H形缝隙来提高天线单元带宽、减小天线单元表面波损耗以及使辐射元与馈电网络具有更好的隔离。采用H形缝隙后，增加了矩形两端的耦合面积，其耦合量也随之增大，从而有效缓解了耦合量由中心向两端衰减的程度，天线输入阻抗的变化也随之变缓，天线的阻抗带宽得到增加。并采用两端口馈电的行波天线结构，使天线单元便于组成串馈阵。对于液晶材料在天线单元中的馈电电路结构。本专利技术将辐射贴片与利用液晶材料的地之间的介质层挖空来填充液晶材料来，并在辐射贴片上层设计出调谐液晶层的直流电路结构。该结构能够通过对天线单元的辐射贴片施加正向电压，来对液晶实现电调谐，且该结构不会对天线的辐射特性产生影响。通过外加偏置电压改变液晶材料的介电常数进而改变天线单元的谐振频率来实现天线的频率可重构，增强天线单元的抗干扰能力。相比于其他调谐技术，液晶调谐具有调谐电压低、调谐速度快、调谐范围宽且调谐范围内持续调谐的特性。本专利技术的共面波导到带状线的垂直过渡结构，通过底层的圆形开孔来实现共面波导带状线部分良好的阻抗匹配，在所需频段内具备了良好的传输特性。相比于传统微带线馈电方式，该结构能够减少损耗，且其带状线在两层介质基板之间，稳定性较好，不易受环境损坏。本专利技术的有益效果：本专利技术使用分形技术来实现辐射贴片单元的小型化，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高性能共形阵天线，其特征在于：所述新型高性能共形阵天线包括阵列设置的共形阵天线单元；所述共形阵天线单元采用两端口馈电的行波天线H形缝隙耦合馈电结构，共形阵天线单元包括从上到下重叠设置的第四层介质基板、第三层介质基板、第二层介质基板以及第一层介质基板；第四层介质基板上方阵列设置有寄生贴片，第四层介质基板下方设置有与寄生贴片位置对应的二阶Minkowski分形结构的小型化辐射贴片；第三层介质基板中部设置有用于填充液晶材料构成液晶材料层的液晶槽，所述小型化辐射贴片浸泡在液晶材料中；第二层介质基板上表面设置有共面波导到带状线垂直过渡结构，下表面设置有带有H形缝隙的金属地；第一层介质基板上表面设置有下层开孔金属地；所述第四层介质上在寄生贴片的中心设置有通孔，所述共形阵天线单元还包括通过通孔与小型化辐射贴片相连的直流偏置电压电路。

【技术特征摘要】
1.一种新型高性能共形阵天线，其特征在于：所述新型高性能共形阵天线包括阵列设置的共形阵天线单元；所述共形阵天线单元采用两端口馈电的行波天线H形缝隙耦合馈电结构，共形阵天线单元包括从上到下重叠设置的第四层介质基板、第三层介质基板、第二层介质基板以及第一层介质基板；第四层介质基板上方阵列设置有寄生贴片，第四层介质基板下方设置有与寄生贴片位置对应的二阶Minkowski分形结构的小型化辐射贴片；第三层介质基板中部设置有用于填充液晶材料构成液晶材料层的液晶槽，所述小型化辐射贴片浸泡在液晶材料中；第二层介质基板上表面设置有共面波导到带状线垂直过渡结构，下表面设置有带有H形缝隙的金属地；第一层介质基板上表面设置有下层开孔金属地；所述第四层介质上在寄生贴片的中心设置有通孔，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋迪，陈志宁，王振，李潇雨，
申请(专利权)人：电子科技大学，陈志宁，
类型：发明
国别省市：四川,51