一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，以与紧耦合电偶极子相对偶的槽天线作为阵列单元，在六边形腔体内壁加载铁氧体电磁带隙结构，实现低剖面以布置于腔体内，并改善有源驻波。采用双曲微带巴伦，在宽带范围内解决平衡馈电。本发明专利技术首次提出VHF/UHF频段机载全向与可切换多波束一体化天线。阵列共6单元，可切换工作单元实现更改最大增益方向，当6单元等幅同相馈电时方向图接近水平全向；单独对相邻2单元馈电实现特定方向波束。本发明专利技术6单元等幅同相馈电时在fL

【技术实现步骤摘要】
一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线


[0001]本专利技术属于天线工程
，涉及到一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，具体来说是一种由紧耦合槽天线相连成环构成的，可整体埋入金属腔体的，腔体内加载铁氧体材料与人工电磁带隙结构的，可切换最大辐射方向的应用于机载平台的天线阵列。

技术介绍

[0002]现代机载通信系统离不开天线，传统用于机载VHF/UHF频段的天线主要有线天线和马刀天线，这两种类型天线由于外形凸起，对飞机的空气动力学影响很大。未来良好性能的机载天线应该包含以下几种特点：第一，波束覆盖范围大且扫描盲区小；第二，天线应减小对飞行器空气动力学性能的影响，包括体积、重量、形状等因素；第三，天线工作带宽大，尽可能用同一副天线实现更多应用功能。由此可见，机载天线的设计实际上需要综合多方面考虑，追求现有技术下天线的极致性能
[0003]针对以上提出的设计特点，目前机载埋腔天线主要的解决方式有：1)单极子天线及其变形埋腔；2)Vivaldi天线阵列埋腔；3)强耦合阵列埋腔。单极子天线由于应用了镜像原理，天线的剖面高度可以大大降低，以实现垂直极化埋腔，但单极子产生的辐射方向图较为固定，无法根据应用需要切换波束。Vivaldi天线阵列可以做到小尺寸大带宽，同时利于相控阵，但提供的是电场水平极化。强耦合阵列基于天线单元间的强互耦效应，可以做到小型化宽频带，但传统的电偶极子强耦合阵列仍是水平极化。实际工程设计之中，对于独立于腔体之外的全向天线设计取得了很多良好的结果，但一旦放入腔体之中天线性能会剧烈恶化，因此必须从设计开始就考虑腔体效应带来的影响。
[0004]2016年，文献“Cavity
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backed Vivaldi array antenna”报道了一种Vivaldi埋腔阵列，实现了在2～7GHz带宽上4dB增益，且腔体的横向尺寸较小利于小型化安装，但并未实现垂直极化水平全向的辐射波束。2020年，文献“Compact Cavity
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Backed Discone Array for Conformal Omnidirectional Antenna Applications”提出一种基于盘锥阵列的全向埋腔型天线，其腔体直径为0.69个低频波长，腔体深度为0.19个低频波长。但其工作带宽较窄，只有960MHz～1215MHz的23％相对带宽，同时无法切换工作波束。文献“一种低剖面宽带垂直极化全向天线设计”提出了一种中心馈电的圆形贴片外加载耦合圆环结构的垂直极化全向天线，该天线剖面极低只有0.032低频波长，但工作带宽仍很窄，仅为5.43GHz～6.61GHz的17.6％，且并没有做埋腔分析。
[0005]在专利108631069A中，专利技术人提出了一种可整体埋腔的超宽带垂直极化端射式相控阵。这一专利技术可在相对带宽大于100％的工作频段内，实现具有波束指向为端射的远场方向，剖面高度仅为0.051个低频波长，但是没有实现全向辐射，扫描只能到方位面45
°
。在专利114865293A中，专利技术人提出了一种匹配电路加载埋腔型超宽带水平全向天线，通过采用变形的环形天线，即不同尺寸的圆环和圆形辐射贴片，分别主要负责在高频和低频时进行辐射，将垂直极化水平全向的工作带宽拓展到了4:1，并且剖面高度仅有0.055个低频波长，
腔体最大直径为0.33个低频波长。不足之处在于固定波束，无法切换最大辐射方向。
[0006]因此对于机载埋腔型天线，已发表的文献和专利主要缺陷在于：一是辐射方向图难以实现垂直极化水平全向；二是工作带宽较窄；三是天线辐射性能受腔体影响较大；四是不具有扫描特性。针对以上不足，本专利技术公开了一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线。

技术实现思路

[0007]本专利技术基于以上技术背景，提出了一种工作于VHF/UHF频段的铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，解决了低频机载埋腔天线在fL
‑
4fL宽频带内实现垂直极化水平全向方向图的难题，并在fL
‑
5fL宽带内具有切换波束的扫描特性。
[0008]为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，包括蝶形开槽金属辐射贴片、金属外延板、叉指金属贴片电感、连接辐射贴片与侧壁的双曲微带巴伦、网孔铁氧体地板、正方蘑菇型电磁带隙结构、六边蘑菇型电磁带隙结构、倒置六边棱台金属腔体；所述蝶形开槽金属辐射贴片各与腔体侧壁成18
°
倾斜相连成环放置；所述金属外延板与腔体底面平行，与蝶形开槽金属辐射贴片电连接；所述叉指金属贴片电感位于开槽金属辐射贴片槽末端；所述连接辐射贴片与侧壁的双曲微带巴伦与开槽金属贴片垂直，上端与辐射贴片进行焊接，下端与金属腔体侧壁同轴接头相连；所述网孔铁氧体地板与蘑菇型电磁带隙结构覆盖金属腔体内壁。
[0009]该天线的金属贴片均为PCB工艺，带有介质基板，蝶形开槽金属辐射贴片共6个单元首尾相连成环，馈电点在开槽中间，叉指贴片电感在槽右臂的末端，金属外延板与槽上端金属贴片相连延长电流路径，拓展了天线带宽。
[0010]进一步的，双曲微带巴伦为双面结构，与开槽上半金属电连接的是窄渐变线，与开槽下半金属电连接的是宽渐变线，渐变线为双曲线。双曲微带巴伦既满足了阻抗变换需求，又起到了平衡馈电的作用。
[0011]进一步的，网孔铁氧体地板覆盖腔体内壁较薄一层，规律排列的孔便于蘑菇型EBG结构焊接，在侧壁上开有供双曲巴伦安装的细槽，在底部开有供蝶形辐射贴片安装的细槽。
[0012]进一步的，蘑菇型EBG结构有两种，一种为正方蘑菇型电磁带隙结构排列在腔体侧壁，一种为六边蘑菇型电磁带隙结构排列在腔体底部，以实现6个单元完全旋转对称的结构。网孔铁氧体地板和蘑菇型EBG结构共同作用改变地板反射相位，以减小辐射贴片到地的距离缩减腔体大小。
[0013]本专利技术的创新主要有以下四点：1)为了在埋腔中实现垂直极化水平全向方向图，采用将蝶形开槽天线首尾相接成六边形环的天线形式，并且为尽量减小尺寸采用不平行地板的设计。2)蝶形开槽天线右臂末端加载叉指贴片电感，显著影响电流路径，拓宽天线带宽。3)在腔体中覆盖高磁导率网孔铁氧体材料和两种蘑菇型电磁带隙结构，改变地板反射相位，缩小腔体尺寸并显著拓宽天线带宽。4)阵列6单元等幅同相馈电时在fL
‑
4fL频带内具有垂直极化接近水平全向方向图，阵列相邻2单元等幅同相馈电时在fL
‑
5fL频带内(除个别频点外)具有指向特定方向的的宽波束。
附图说明
[0014]图1为所提供的去掉腔体后的铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线示意图。其中，100为蝶形开槽金属辐射贴片、101为金属外延板、200为叉指金属贴片电感、300为连接辐射贴片与侧壁的双曲微带巴伦、400为网孔铁氧体地板、500为正方蘑菇型电磁带隙结构、600为六边蘑菇型电磁带隙结构。
[0015]图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，其特征在于，包括蝶形开槽金属辐射贴片(100)、金属外延板(101)、叉指金属贴片电感(200)、连接辐射贴片与侧壁的双曲微带巴伦(300)、网孔铁氧体地板(400)、正方蘑菇型电磁带隙结构(500)、六边蘑菇型电磁带隙结构(600)、倒置六边棱台金属腔体(700)；所述开槽金属辐射贴片(100)共6片，各与腔体侧壁成18
°
倾斜相连成环放置，所述金属外延板(101)与腔体底面平行，与开槽金属辐射贴片(100)电连接；所述叉指金属贴片电感(200)位于开槽金属辐射贴片槽末端；所述连接辐射贴片与侧壁的双曲微带巴伦(300)与开槽金属贴片(100)垂直，上端与辐射贴片进行焊接，下端与金属腔体侧壁同轴接头相连；所述网孔铁氧体地板(400)与蘑菇型电磁带隙结构覆盖金属腔体内壁，其中正方蘑菇型电磁带隙结构(500)排列于腔体侧壁，并在双曲微带巴伦处挖有细槽，六边蘑菇型电磁带隙结构(600)排列于腔体底部；所述倒置六边棱台金属腔体(700)，侧壁金属板(702)每片上端与腔体外延矩形大金属板(701)焊接，下端与倒置六边棱台腔体底部金属板(703)焊接，左右分别于相邻的侧壁金属板焊接，形成了一个半封闭的倒置六边棱台腔体。2.根据权利要求1所述的一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，其特征在于，蝶形开槽上端金属贴片(102)、蝶形开槽下端金属贴片(103)与叉指金属贴片电感(200)印刷在同一片介质基板(104)上，金属外延板(101)与蝶形开槽上端金属贴片(102)焊接保证电连接，6个单元的介质基板(104)相连处粘合并焊接，介质基板(104)中间馈电口处挖有小口供双曲微...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨仕文，吴幸东，杨锋，陈益凯，屈世伟，胡俊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：