【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达天线，特别是涉及一种强耦合超宽带低剖面阵列天线。
技术介绍
1、目前在多功能一体化相控阵雷达领域，由于平台空间资源极其有限，采用处于不同工作频段内的多个独立天线或者天线阵列来同时满足通信、探测、侦查、干扰等多种功能，可能导致多副天线之间相互干扰而影响电子设备间性能，天线数量过多也会增加平台体积，不利于电磁隐身设计。如果可以在一个天线辐射孔径内实现多种功能，势必大大减小无线电子系统的体积、重量、成本和功耗，同时也明显有利于减小平台整体的雷达散射截面，所以要求相控阵天线具有宽带工作能力。此外，一些特殊平台也会要求相控阵天线同时具备一定的低剖面特性，以有效降低平台天线的突出或外露部分，并适应其气动性能。因此，相控阵天线设计时，需要重点关注超宽带阻抗匹配、宽角扫描、低剖面及低散射截面等特性。
2、相比于vivaldi阵列和bava阵列等主要通过延长单元纵向尺寸来实现宽带性能的方式，基于强耦合效应的宽带天线阵技术，充分利用单元间的互耦来增大单元等效横向尺寸从而实现带宽上的拓展。紧密排列的偶极子阵列，其相邻阵元间重叠部分间存在较强的互耦效应，而这种在阵元间引入一定量的电磁耦合，则可以使阵列天线具有类似于频率选择表面的超宽带特性。
3、阵元间电磁耦合的获取方式有很多种，现有技术主要有交叠排列的偶极子阵列、相邻振子之间采用交指型结构的偶极子阵列、相邻振子背向加寄生重叠枝节等引入容性耦合的偶极子阵列。一般来说，阵元之间的容性耦合越强，阵列天线所能实现的带宽也就越宽。然而，耦合强度毕竟是受限的，对于带宽的展
技术实现思路
1、本专利技术目的在于解决上述
技术介绍
中提出的问题，设计一种强耦合结构的超宽带低剖面阵列天线，首次提出通过相邻三个振子间的电磁耦合，增加单元间容性耦合强度，进一步拓展阵列天线的低频带宽。
2、为了实现本专利技术目的，本专利技术公开了一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，包括多个天线单元，天线单元为正六边形叠层结构，自下而上依次设置有金属反射板、第一横向介质层、第二横向介质层、金属辐射层、第三横向介质层和金属匹配层；金属辐射层刻蚀在第二横向介质层上表面，金属匹配层刻蚀在第三横向介质层的上表面；三个中心旋转对称的金属短路柱垂直贯穿第一横向介质层及第二横向介质层，用于连接金属反射板和金属辐射层；金属反射板上安装有射频同轴连接器，射频同轴连接器内芯连接于纵向馈电巴伦；纵向馈电巴伦垂直贯穿第一横向介质层及第二横向介质层，连接至金属辐射层。
3、进一步地，射频同轴连接器安装于金属反射板，第一横向介质层和第二横向介质层均在中心位置设置中心馈电通道，纵向馈电巴伦垂直穿过中心馈电通道连接至金属辐射层。
4、进一步地，第一横向介质层为固体介质或空气；第二横向介质层和第三横向介质层均为印制板；当第一横向介质层为固体介质时，金属短路柱为金属过孔，第一横向介质层的中心位置挖有中心位置孔作为纵向馈电巴伦的中心馈电通道。
5、进一步地，金属辐射层包括第一刀片状金属臂、第二刀片状金属臂和第三刀片状金属臂组成，以正六边形中心点旋转对称分布，且每个刀片状金属臂一端指向旋转中心，另一端指向正六边形顶点位置；其中，第二刀片状金属臂与第三刀片状金属臂在旋转中心附近金属连接，第一刀片状金属臂与另外两个刀片状金属臂不连接。
6、进一步地，第二横向介质层的中心位置挖有中心位置孔作为纵向馈电巴伦的中心馈电通道；第一刀片状金属臂的端部，第二刀片状金属臂和第三刀片状金属臂连接部分的端部，均位于中心位置孔边缘处。
7、进一步地，纵向馈电巴伦包括金属传输线、纵向介质层和金属地；金属传输线和金属地分别设置于纵向介质层的两侧；射频同轴连接器内芯搭接至纵向馈电巴伦一侧金属传输线下端；纵向馈电巴伦穿过第一横向介质层和第二横向介质层的中心馈电通道，纵向馈电巴伦上端连接于金属辐射层。
8、进一步地，金属传输线与第一刀片状金属臂接触，金属地与第二刀片状金属臂和第三刀片状金属臂的连接部分接触；或金属传输线与第二刀片状金属臂和第三刀片状金属臂的连接部分接触，金属地与第一刀片状金属臂接触。
9、进一步地，第三横向介质层的中心位置挖有通孔，穿过通孔能够将纵向馈电巴伦与金属辐射层焊接连接。
10、进一步地，金属匹配层由若干开缝的正六边形金属片按正三角栅格周期排列组成。
11、进一步地，若干天线单元按正三角栅格周期排列组成天线阵列。
12、与现有技术相比，本专利技术的显著进步在于：本专利技术将具有三个辐射金属臂结构的特殊形式天线单元按照正三角栅格排布，所组成的平面阵列中，相邻三个单元通过三个辐射金属臂间的电磁耦合，相比于现有技术采用的两辐射臂间的电磁耦合，进一步增加单元间容性耦合强度，阵列天线的低频带宽得到拓展。本专利技术阵列天线的阻抗带宽大于四倍频程，同时天线为平面结构，具有低剖面的特征。
13、为更清楚说明本专利技术的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。
14、附图说明
15、此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
16、图1为本专利技术阵列天线单元的结构示意图；
17、图2为本专利技术阵列天线单元金属辐射层4的结构示意图；
18、图3为本专利技术阵列天线单元金属匹配层6的结构示意图；
19、图4为本专利技术阵列天线单元纵向馈电巴伦8的结构示意图；
20、图5为本专利技术实施例中阵列天线8x16规模结构示意图(部分结构未显示)；
21、图6为本专利技术实施例中8x16规模阵列天线波束沿x轴扫描时阵中单元端口有源驻波的变化曲线；
22、图7为本专利技术实施例中8x16规模阵列天线的远场方向图法向波束的方向性系数和最大仿真增益。
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1.一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，包括多个天线单元，其特征在于，所述天线单元为正六边形叠层结构，自下而上依次设置有金属反射板(1)、第一横向介质层(2)、第二横向介质层(3)、金属辐射层(4)、第三横向介质层(5)和金属匹配层(6)；所述金属辐射层(4)刻蚀在第二横向介质层(3)上表面，所述金属匹配层(6)刻蚀在第三横向介质层(5)的上表面；三个中心旋转对称的金属短路柱(7)垂直贯穿第一横向介质层(2)及第二横向介质层(3)，用于连接金属反射板(1)和金属辐射层(4)；所述金属反射板(1)上安装有射频同轴连接器(9)，所述射频同轴连接器(9)内芯连接于纵向馈电巴伦(8)；所述纵向馈电巴伦(8)垂直贯穿第一横向介质层(2)及第二横向介质层(3)，连接至金属辐射层(4)。
2.根据权利要求1所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述射频同轴连接器(9)安装于金属反射板(1)，所述第一横向介质层(2)和第二横向介质层(3)均在中心位置设置中心馈电通道，纵向馈电巴伦(8)垂直穿过中心馈电通道连接至金属辐射层(4)。
3.根据权利要求2所述的一种强耦合
4.根据权利要求1所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述金属辐射层(4)包括第一刀片状金属臂(4-1)、第二刀片状金属臂(4-2)和第三刀片状金属臂(4-3)组成，以正六边形中心点旋转对称分布，且每个刀片状金属臂一端指向旋转中心，另一端指向正六边形顶点位置；其中，第二刀片状金属臂(4-2)与第三刀片状金属臂(4-3)在旋转中心附近金属连接，第一刀片状金属臂(4-1)与另外两个刀片状金属臂不连接。
5.根据权利要求4所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述第二横向介质层(3)的中心位置挖有中心位置孔作为纵向馈电巴伦(8)的中心馈电通道；第一刀片状金属臂(4-1)的端部，第二刀片状金属臂(4-2)和第三刀片状金属臂(4-3)连接部分的端部，均位于中心位置孔边缘处。
6.根据权利要求4或5所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述纵向馈电巴伦(8)包括金属传输线(8-1)、纵向介质层(8-2)和金属地(8-3)；所述金属传输线(8-1)和金属地(8-3)分别设置于纵向介质层(8-2)的两侧；射频同轴连接器(9)内芯搭接至纵向馈电巴伦(8)一侧金属传输线(8-1)下端；纵向馈电巴伦(8)穿过第一横向介质层(2)和第二横向介质层(3)的中心馈电通道，纵向馈电巴伦(8)上端连接于金属辐射层(4)。
7.根据权利要求6所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述金属传输线(8-1)与第一刀片状金属臂(4-1)接触，所述金属地(8-3)与第二刀片状金属臂(4-2)和第三刀片状金属臂(4-3)的连接部分接触；或所述金属传输线(8-1)与第二刀片状金属臂(4-2)和第三刀片状金属臂(4-3)的连接部分接触，所述金属地(8-3)与第一刀片状金属臂(4-1)接触。
8.根据权利要求1所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述第三横向介质层(5)的中心位置挖有通孔，穿过通孔能够将纵向馈电巴伦(8)与金属辐射层(4)焊接连接。
9.根据权利要求1所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述金属匹配层(6)由若干开缝的正六边形金属片按正三角栅格周期排列组成。
10.根据权利要求1所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，若干天线单元按正三角栅格周期排列组成天线阵列。
...【技术特征摘要】
1.一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，包括多个天线单元，其特征在于，所述天线单元为正六边形叠层结构，自下而上依次设置有金属反射板(1)、第一横向介质层(2)、第二横向介质层(3)、金属辐射层(4)、第三横向介质层(5)和金属匹配层(6)；所述金属辐射层(4)刻蚀在第二横向介质层(3)上表面，所述金属匹配层(6)刻蚀在第三横向介质层(5)的上表面；三个中心旋转对称的金属短路柱(7)垂直贯穿第一横向介质层(2)及第二横向介质层(3)，用于连接金属反射板(1)和金属辐射层(4)；所述金属反射板(1)上安装有射频同轴连接器(9)，所述射频同轴连接器(9)内芯连接于纵向馈电巴伦(8)；所述纵向馈电巴伦(8)垂直贯穿第一横向介质层(2)及第二横向介质层(3)，连接至金属辐射层(4)。
2.根据权利要求1所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述射频同轴连接器(9)安装于金属反射板(1)，所述第一横向介质层(2)和第二横向介质层(3)均在中心位置设置中心馈电通道，纵向馈电巴伦(8)垂直穿过中心馈电通道连接至金属辐射层(4)。
3.根据权利要求2所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述第一横向介质层(2)为固体介质或空气；第二横向介质层(3)和第三横向介质层(5)均为印制板；当第一横向介质层(2)为固体介质时，金属短路柱(7)为金属过孔，第一横向介质层(2)的中心位置挖有中心位置孔作为纵向馈电巴伦(8)的中心馈电通道。
4.根据权利要求1所述的一种强耦合超宽带低剖面阵列天线，其特征在于，所述金属辐射层(4)包括第一刀片状金属臂(4-1)、第二刀片状金属臂(4-2)和第三刀片状金属臂(4-3)组成，以正六边形中心点旋转对称分布，且每个刀片状金属臂一端指向旋转中心，另一端指向正六边形顶点位置；其中，第二刀片状金属臂(4-2)与第三刀片状金属臂(4-3)在旋转中心附近金属连接，第一刀片状金...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔满堂，汪隽潇，杨康，卢阳沂，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二四研究所，
类型：发明
国别省市：
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