一种基于阻性超表面的低剖面超宽带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于阻性超表面的低剖面超宽带天线，包括偶极子（1）、耦合电容（2）、接地短路线（3）带渐变线结构的Marchand巴伦（4）、阻性超表面（5）、金属地板（6）和馈电同轴及法兰盘（7）组成。本发明专利技术可实现紧耦合天线的低剖面、宽频带设计。基于阻性超表面的低剖面天线，设计了一款工作于2~18GHz频段的8

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻性超表面的低剖面超宽带天线


[0001]本专利技术属于超宽带天线
，具体地说，是一种低剖面天线。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子通信技术飞速发展以及对通信容量需求的爆炸式增长，相控阵天线着力于朝着超宽带的方向发展，虽然传统的超宽带天线阵列如Vivaldi天线阵可以实现超宽的工作带宽，但其较高的剖面与较重的质量往往阻碍了电子信息系统的集成化、一体化设计。近年来，为克服传统相控阵设计的局限性，不少学者提出了一种新的设计理念，称之为紧耦合阵列(Tightly Coupled Array，TCA)天线。由于采用阵元紧密排列的组阵方式，且无需采用一些复杂去耦技术，该种天线解决了阵元间互耦效应对天线性能的不良影响，使得整个阵列天线的尺寸降低，结构简化，易于共形。紧耦合阵列的相邻单元振子间能够产生容性耦合，可以抵消天线与地板间的感性耦合，所以紧耦合阵列在超宽带与低剖面应用方面有着天然的技术优势，然而紧耦合相控阵天线阵列还有许多关键技术有待攻克。于此同时，由于偶极子天线具有低剖面、良好极化特性、宽频带、易于组阵等特点，常被用作紧耦合天线阵元。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于阻性超表面的低剖面超宽带天线，其能够采用印刷电路技术进行批量生产，而且具有体积小、性能稳定、制作成本低的优点。
[0004]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于阻性超表面的低剖面超宽带天线，包括偶极子、耦合电容、接地短路线、带渐变线结构的Marchand巴伦、阻性超表面、金属地板和馈电同轴及法兰盘；天线偶极子与巴伦结构分别印刷在介质基板的正反面；介质基板正面包括：上方边缘处对称分布的一对耦合电容，介质基板两侧边缘的接地短路线以及中间作为天线的馈电的带渐变结构的Marchand巴伦；介质基板的背面是对称放置的一对偶极子；整块介质基板垂直置于阻性超表面的中心位置；金属地板在阻性超表面的下方并与其平行放置，馈电同轴及法兰盘放置在金属地板的下方。
[0005]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)利用偶极子引入新的电抗分量，从而代替介质加载实现超宽带阻抗的匹配，同时获得了稳定的增益(2)天线单元馈电采用微带多节渐变线级联Marchand巴伦，提高了馈电效率，降低了模型设计复杂度，避免了功分器元件损耗。(3)在偶极子天线与金属地板之间添加了一层阻性超表面，以吸收在天线短路谐振带宽内地面的反射波，从而拓宽天线工作带宽。(4)采用印刷电路技术生产，结构简单，剖面高度低，约为相同频带工作天线高度的四分之一，易于共形在曲面载体上，应用场景广泛。
附图说明
[0006]图1是本专利技术基于阻性超表面的低剖面天线的整体结构图。
[0007]图2是本专利技术基于阻性超表面的低剖面天线的正面结构示意图。
[0008]图3是本专利技术基于阻性超表面的低剖面天线的馈电同轴及法兰盘结构。
[0009]图4是本专利技术基于阻性超表面的低剖面超宽带天线E面扫描有源驻波比。
[0010]图5是本专利技术基于阻性超表面的低剖面超宽带天线H面扫描有源驻波比。
[0011]图6是本专利技术基于阻性超表面的低剖面超宽带天线8
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8曲面阵列结构示意图。
[0012]图7是本专利技术基于阻性超表面的低剖面超宽带天线8
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8曲面阵列典型单元位置分布图。
[0013]图8是本专利技术基于阻性超表面的低剖面超宽带天线8
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8紧耦合曲面阵列单元驻波比结果图。
[0014]图9是本专利技术基于阻性超表面的低剖面超宽带天线3GHz、8GHz、12GHz、18GHz时方向图结果。
[0015]图10是基于阻性超表面的低剖面超宽带天线1
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8紧耦合线阵正面、背面以及8
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8紧耦合曲面阵列实物图。
具体实施方式
[0016]天线单元主体是一块垂直地面放置的介质基板，介质基板的正面有耦合电容(2)，分布在介质基板两侧边缘的接地短路线(3)以及中间带渐变结构的Marchand巴伦(4)。介质基板的背面是对称放置的一对偶极子(1)。整块介质基板垂直置于阻性超表面的中心位置。金属地板(6)、馈电同轴及法兰盘(7)与阻性超表面(5)平行，依次放置在其下方。介质基板为0.127mm厚的Rogers RT/duroid 5880(ε
r
＝2.2)。此处引入Marchand巴伦是为了完成端口转换，即将同轴线缆(单端口)到偶极子(双端口)。但在某些频点，电流流经Marchand巴伦上产生了流向相同的共模电流，导致天线阻抗失配。通过接地探针，将耦合金属片接地，从而缩短了谐振长度，将谐振移出至工作频段以外。Marchand巴伦中的竖直渐变线主体印刷于介质基板，末端接入法兰盘上的同轴馈电结构。巴伦输入端口的阻抗匹配至50Ω的标准同轴电缆。采用这样的馈电方式替代为降低从巴伦输入端到输出端阻抗变换的幅度而使用的功分器和一分二单元结构，降低了模型设计复杂度，避免了功分器元件损耗。为了抑制“短路谐振”效应，在偶极子天线与金属地板之间添加了一层材料为FR4(ε
r
＝4.4)的阻性超表面，尺寸为10mm
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10mm
×
1mm，以吸收在天线短路谐振带宽内地面的反射波，从而拓宽天线工作带宽。
[0017]下面结合说明书附图及实施例对本专利技术作进一步说明。
[0018]本专利技术提出了一种基于阻性超表面加载的偶极子紧耦合阵列天线。通过在偶极子以及耦合贴片下方加载一个阻性超表面，抑制半波长频点的短路谐振效应，使得该偶极子的工作带宽得以拓展。通过带渐变线结构的Marchand巴伦馈电，实现了9：1(2～18GHz)的工作带宽。波束扫描范围达到E面
±
55
°
，H面
±
55
°
。
[0019]结合图1所述基于阻性超表面的低剖面超宽带阵列天线，它单元包括偶极子(1)、耦合电容(2)、接地短路线(3)带渐变线结构的Marchand巴伦(4)、阻性超表面(5)、金属地板(6)和馈电同轴及法兰盘(7)组成。天线偶极子(1)与巴伦结构(4)分别印刷在介质基板的正反面。介质基板的正面有耦合电容(2)，分布在介质基板两侧边缘的接地短路线(3)以及中间带渐变结构的Marchand巴伦(4)。介质基板的背面是对称放置的一对偶极子(1)。整块介质基板垂直置于阻性超表面(5)的中心位置。金属地板(6)、馈电同轴及法兰盘(7)与阻性超
表面(5)平行，依次放置在其下方。
[0020]实施例1
[0021]结合图1～3，本专利技术是一种2～18GHz的超宽带低剖面天线，分别为偶极子(1)、耦合电容(2)、接地短路线(3)、带渐变线结构的Marchand巴伦(4)、阻性超表面(5)、金属地板(6)和馈电同轴及法兰盘(7)组成。天线单元尺寸为10mm
×
10mm(0.067λ
L
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻性超表面的低剖面超宽带天线，其特征在于：包括偶极子（1）、耦合电容（2）、接地短路线（3）、带渐变线结构的Marchand巴伦（4）、阻性超表面（5）、金属地板（6）和馈电同轴及法兰盘（7）；天线偶极子（1）与巴伦结构（4）分别印刷在介质基板的正反面；介质基板正面包括：上方边缘处对称分布的一对耦合电容（2），介质基板两侧边缘的接地短路线（3）以及中间作为天线的馈电的带渐变结构的Marchand巴伦（4）；介质基板的背面是对称放置的一对偶极子（1）；整块介质基板垂直置于阻性超表面（5）的中心位置；金属地板（6）在阻性超表面（5）的下方并与其平行放置，馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹资浩，刘启辉，黄佰凡，李越，邹逸妍，顾鹏飞，丁大志，陈如山，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：