一种双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线，包括周期性阵列排列的M

【技术实现步骤摘要】
一种双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线


[0001]本专利技术涉及宽带相控阵领域，特别涉及一种超宽带宽角紧耦合阵列天线。

技术介绍

[0002]随着星载、机载、舰载各平台综合电子系统的发展，对具有侦测、干扰、探测和通信等多功能一体化的雷达系统的需求日益迫切，具有宽角扫描能力的超宽带相控阵雷达成为了国内外研究热点。此外，双极化技术由于在雷达应用中可提高其对目标的检测和识别概率而备受关注。基于紧耦合技术的超宽带阵列天线具有共用性强、体积小、剖面低、易实现宽角扫描等优点，因此，对双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线技术的研究在雷达天线领域具有重大的意义。
[0003]2020年，崔学武，位朝垒等人提出了《一种低剖面宽带宽角紧耦合天线单元及阵列》的专利申请，申请号：202021050273.4，公开号：
[0004]CN111525255A，该天线包括宽角匹配层、耦合层、天线层、以及馈电层、整体结构采用多层印制板工艺加工而成。但该阵列天线的扫描能力有限，且结构较为复杂。
[0005]2021年，屈世伟，杜思谊等人提出了《一种基于槽耦合结构的高隔离度双极化紧耦合相控阵天线单元》的专利申请，申请号：202110249410.X，公开号：CN113078460A，该天线提出了一种槽耦合过渡结构，在保证相控阵天线驻波与辐射性能确定前提下优化了天线的极化隔离度，并可实现E面、H面
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60
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的波束扫描。但该天线的工作带宽只有两倍频，不适用于多功能雷达系统。

技术实现思路

>[0006]为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线。该天线辐射场的极化方向与介质基板平行，为
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45
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极化，通过加载阻性频率选择表面，消除了限制天线工作带宽的短路零点，实现9倍频程的超宽工作频带，且在D面具有
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60
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的扫描能力。该天线将馈电网络、周期性金属覆层与辐射偶极子集成在同一块介质板上，降低了物理实现的难度。该天线解决了现有双极化阵列天线带宽窄，扫描角度范围小的问题，同时兼顾了单元方向图一致性。
[0007]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0008]本专利技术提供了一种双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线，包括周期性阵列排列的M
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N个双极化单元，M≥2，N≥2；
[0009]每个双极化单元包括介质板、周期性金属覆层、蝶形偶极子、指数渐变巴伦、金属地板、Wilkinson功分器和阻性频率选择表面；介质板为两块对折的矩形板，阻性频率选择表面和金属地板分别水平设置在对折的介质板内侧；在介质板的两侧分别印刷周期性金属覆层、两对蝶形偶极子、两个指数渐变巴伦和一个Wilkinson功分器；
[0010]周期性金属覆层位于蝶形偶极子上方，并与蝶形偶极子平行，指数渐变巴伦位于金属地板与蝶形偶极子之间，Wilkinson功分器位于金属地板下方；
[0011]两对蝶形偶极子、两个指数渐变巴伦和一个Wilkinson功分器依次连接，每两个指数渐变巴伦与一个Wilkinson功分器组成一个馈电网络，在宽频带内实现从偶极子到同轴端口的阻抗变换以及对偶极子的平衡馈电。
[0012]作为优选，介质板设为两块，且垂直交叉放置。通过在两块介质板上各开一个宽度为板厚的槽缝，将对插处设置在偶极子中心处，可以在不影响天线辐射性能的前提下将两块介质板互相固定。
[0013]作为优选，周期性金属覆层设为两组，每组由16个矩形金属贴片两两成对等间距排列成两层。调整矩形金属贴片的尺寸与间距可以改变覆层的反射/透射特性，从而改善天线的匹配程度。
[0014]作为优选，蝶形偶极子设为四对，每对蝶形偶极子的偶极子臂由矩形金属贴片倒角而成，倒角的角部分别连接指数渐变巴伦。倒角使偶极子在宽频带内的阻抗特性更为稳定。
[0015]作为优选，指数渐变巴伦设为四个，每一个指数渐变巴伦为微带线
‑
平行双线结构，包括直线型金属贴片和两侧的渐变式金属贴片，渐变式金属贴片由上至下依次渐扩，下方与Wilkinson功分器相连。渐变式金属贴片可以将功分器输入的不平衡电流转换成平衡电流输出到偶极子上。
[0016]作为优选，Wilkinson功分器设为两个分别设于介质板的两侧的对称结构，Wilkinson功分器为一对等间距对称弯折结构，各弯折结构之间设有隔离电阻。每个Wilkinson功分器将一个50Ω输入端口均分为两个100Ω输出端口，两个100Ω输出端口分别连接两个指数渐变巴伦，两个100Ω输出端口之间设有三个200Ω的隔离电阻。Wilkinson功分器实现了50Ω到100Ω的阻抗变换，隔离电阻提高了两个输出端口间的隔离度，避免了两个单元产生互扰。
[0017]作为优选，阻性频率选择表面设为两个，每个频率选择表面都包括一块介质基板和在其上的一个环形阻性贴片。环形阻性贴片的尺寸与宽度决定了阻性频率选择表面的吸收效果，阻性频率选择表面的工作频率与距离地板的高度相关，通过调整以上参数，可以使阻性频率选择表面的吸收频带覆盖天线的短路零点，从而有效拓展天线的阻抗带宽。
[0018]作为优选，所述介质基板的材质为FR
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4，介质板的材质为Rogers RT/duroid4350，介质基板的厚度与介质板的厚度相同。改变介质基板的厚度，可以改变阻性频率选择表面的反射特性。
[0019]作为优选，天线在工作频带内有源驻波比≤3，工作频带覆盖2GHz至18GHz的频率范围，极化方式为双极化，D面扫描范围为
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60
°
。解决了现有双极化阵列天线带宽窄，扫描角度范围小的问题，同时兼顾了单元方向图一致性。
[0020]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0021]1.本专利技术使用周期性金属覆层代替传统的介质覆层，不仅能够实现对天线驻波比特性的优化，增大天线的相扫角度，还能够极大程度地减轻天线的整体重量。
[0022]2.本专利技术采用两个指数渐变巴伦结合一个Wilkinson功分器给两个偶极子馈电的方式，实现了双单元子阵布阵方案，降低了天线的阻抗匹配难度。
[0023]3.本专利技术阻性频率选择表面设置在偶极子与金属地板之间，用于吸收短路点处天线向地板所辐射的电磁波，拓展天线带宽；利用阻性频率选择表面吸收由地板导致的短路
零点，极大地拓宽了天线的阻抗带宽，双层阻性频率选择表面的加载也对天线扫描角度的提高起到了一定的积极作用。
[0024]4.本专利技术将每一组周期性金属覆层、每两对蝶形偶极子、每两个指数渐变巴伦以及一个Wilkinson功分器印刷在同一块介质板的两侧，简化了天线结构，降低了天线的加工难度。
[0025]此天线具有超宽带、宽角扫描、低剖面等优点，适合用于多功能雷达、电子对抗和通信等领域。
附图说明
[0026]此处所说明的附图用来提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线，其特征在于，包括周期性阵列排列的M
×
N个双极化单元，M≥2，N≥2；双极化单元绕Z轴方向旋转45
°
，分别沿X轴和Y轴方向呈周期性阵列排列；每个双极化单元包括介质板、周期性金属覆层、蝶形偶极子、指数渐变巴伦、金属地板、Wilkinson功分器和阻性频率选择表面；介质板为两块对折的矩形板，阻性频率选择表面和金属地板分别水平设置在对折的介质板内侧；在介质板的两侧分别印刷周期性金属覆层、两对蝶形偶极子、两个指数渐变巴伦和一个Wilkinson功分器；周期性金属覆层位于蝶形偶极子上方，并与蝶形偶极子平行，指数渐变巴伦位于金属地板与蝶形偶极子之间，Wilkinson功分器位于金属地板下方；两对蝶形偶极子、两个指数渐变巴伦和一个Wilkinson功分器依次连接，每两个指数渐变巴伦与一个Wilkinson功分器组成一个馈电网络，在宽频带内实现从偶极子到同轴端口的阻抗变换以及对偶极子的平衡馈电。2.根据权利要求1所述的双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线，其特征在于，所述介质板设为两块，且垂直交叉放置。3.根据权利要求1所述的双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线，其特征在于，所述周期性金属覆层设为两组，每组由16个矩形金属贴片两两成对等间距排列成两层。4.根据权利要求1所述的双极化超宽带宽角紧耦合阵列天线，其特征在于，所述蝶形偶极子设为四对，每对蝶形偶极子的偶极子臂由矩形金属贴片倒角而成，倒角的角部分别连接指数渐变巴伦。5.根据权利要求1所述的双极化...

【专利技术属性】
技术研发人员：林聪，蒲彦，姜文，胡伟，魏昆，高雨辰，
申请(专利权)人：杭州湃腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：