【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线工程，涉及到一种全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，具体来说是一种强耦合阵列天线，天线除同轴接头外所有部件包括馈电结构和辐射结构均为金属材料，可模块化3d打印并拼装制造的，剖面高度相对于波长较低的，具有正交双线极化电场辐射分量的天线阵列。
技术介绍
1、阵元间互耦效应的影响是宽带相控阵天线长期以来研究领域最为突出的难点。互耦效应不仅会影响阵元的阻抗带宽、极化特性，还会影响阵列天线的辐射特性。强耦合超宽带阵列天线(tcda)具有超宽带、形式灵活多变、小型化、扫描性能好等优点，近年来，tcda已被广泛应用于超宽带天线阵列设计，历经多年发展，在阵元形式、馈电结构及加载结构上均有长足进步，但仍具有一些缺点。首当其冲的就是稳定性、可靠性的问题，现有的强耦合天线阵列大都采用pcb技术，对于波长较大的频段如vhf/uhf不得不对介质板进行拼接、组装，结构上十分脆弱。其次是功率容量的问题，pcb板的铜厚及散热十分有限，对于需要大功率的应用场景捉襟见肘。最后是模块化的问题，强耦合阵列天线由于耦合结构通常不得不作为一个整体进行加工，这就造成制造上的困难，如果某个单元性能不理想则无法对其维修更换，阵列的规模大小在加工的那一刻起就无法更改。
2、基于以上提出的关于强耦合天线的问题，目前工程应用上的解决方案主要为：1)增加附加支撑结构，如泡沫、尼龙柱支撑、整体发泡剂灌注等等，但这无疑增加了制造复杂性和成本；2)采用变形折叠等设计，减小运输途中损坏几率，但变形的结构通常会对性能造成影响，降低使用寿命，对于如航空航天等
3、在专利112952374a中，专利技术人提出了一种工作在0.2-2ghz可在e面和h面均扫描至±60°的极低剖面强耦合天线。然而该天线的结构十分复杂，除了强耦合天线常见的馈电、辐射、匹配层外还增加了铁氧体和频选以实现苛刻的技术指标。但在机械结构上也是传统的pcb介质板拼接，需要额外应用泡沫板和尼龙柱来加强稳定性。
4、在2021年，文献“deployable rigid-flexible tightly coupled dipole array(rf-tcda)”报道了一种工作在0.4-2.4ghz用于卫星的可折叠紧耦合偶极子阵列，通过在两层刚性介质板间夹用柔性介质板，实现整个阵面手风琴式的折叠。阵列折叠后方便运输，展开后可在0.4-2.4ghz频段内e、h、d面扫描至45°，这是文献中的第一个可折叠、低剖面的超宽带阵列。
5、关于全金属vivaldi阵列天线的技术已经十分成熟，2010年文献“ultrawidebandall-metal flared-notch array radiator”报道了一种可工作在700mhz-9ghz频段内全金属vivaldi超宽带阵列。这种阵列的缺点在于横向尺寸紧凑但纵向剖面极高，需要0.3个低频波长的剖面高度。而全金属的强耦合天线阵列迄今为止还未有报道。
6、在2012年，文献“a 7–21ghz dual-polarized planar ultrawideband modularantenna(puma)array”报道了一种平面超宽带模块化阵列，工作在7-21ghz频段，受益于波长较短，该天线包括馈电结构在内可直接制作在多层pcb电路板上。如此一来天线阵列是一整体模块，可类似积木一样直接拼装制造。但这一设计思路难以应用在波长较长的低频段。
7、上述专利及文献对于相控阵天线目前存在的问题作出了一定贡献，然而没有达到带宽、机械结构、全金属化、模块化的统一。因此，对于此种新颖的天线结构展开研究从而获得更有利于工程实际应用的阵列天线，具有非常重要的现实意义。
技术实现思路
1、本专利技术基于以上技术背景，提出了全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，解决了现有较低频段相控阵天线中，机械结构稳定性差、可靠性低、加工复杂、不易模块化等问题，并适宜大功率应用。
2、为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，在天线一个周期单元模块内包括y极化偶极子单元，x极化偶极子单元，耦合电容片及其支撑结构，单元金属地板；所述y极化偶极子单元从上到下依次包括叶片形偶极子双臂、匹配开路枝节空腔、金属槽线及其背腔、金属支撑结构；所述x极化偶极子单元与y极化偶极子单元结构上完全一致，位置正交放置相互垂直，两极化单元叶片形偶极子双臂尖端邻近但不接触。
3、进一步地，所述叶片形偶极子双臂位于金属支撑结构顶端，在阵面平面上产生连续电流以辐射电磁能量，整体呈弯折的叶片形状、末端有锯齿，以增强相邻单元的耦合效应，叶片根部与金属槽线最大开口处相连；所述金属槽线及其背腔从上到下包括宽度渐变段、传输段、和矩形背腔，宽度渐变段使偶极子过渡连接到传输段的槽线并实现一定的阻抗变换，矩形背腔使同轴接头的输入阻抗在宽带范围内与槽线匹配；所述匹配开路枝节空腔位于金属槽线及其背腔的渐变段，实现了偶极子与槽线的宽带阻抗匹配；所述金属支撑结构包括整个矩形金属块及三角支架。
4、进一步地，所述耦合电容片及其支撑结构位于两极化单元叶片形偶极子双臂尖端正下方一段距离处，为相邻偶极子单元末端提供额外的电容耦合；电容片支撑柱为空心六角棱柱，为耦合电容片提供支撑的同时消除强耦合双极化阵列的共模谐振效应，改善交叉极化；所述单元金属地板在x、y极化偶极子单元处留有圆孔，以供同轴接头安装。
5、进一步地，天线所有部件除同轴接头外全采用金属制造，可铣削加工也可直接3d打印，天线一个周期单元模块是一体化的金属，可通过金属地板铆钉连接拼装成相控阵天线阵列，损坏时可直接更换模块。
6、本专利技术的创新主要有以下四点：1)作为强耦合阵列天线，第一次将所有部件除同轴接头外全采用金属制造，可铣削加工也可直接金属3d打印，适宜高功率应用；2)天线一个周期单元模块是一体化的金属，可通过金属地板铆钉连接拼装成相控阵天线阵列，损坏时可直接更换模块；3)得益于强耦合天线的辐射模式，整体剖面较全金属vivaldi阵列低近一半；4)双线极化天线工作在500mhz-2ghz频段(4:1倍频)，在e面扫描±60°和h面扫描±45°范围内vswr≤3。未使用有耗材料，侧射增益接近理想口径增益，整体辐射效率99％以上。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，其特征在于，在天线一个周期单元模块(5)内包括y极化偶极子单元(1)，x极化偶极子单元(2)，耦合电容片及其支撑结构(3)，单元金属地板(4)；
2.根据权利要求1所述的全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，其特征在于，天线所有部件除同轴接头外全采用金属制造，可铣削加工也可直接3D打印，天线一个周期单元模块(5)是一体化的金属，可通过金属地板铆钉连接拼装成相控阵天线阵列，损坏时可直接更换模块。
3.根据权利要求1所述的全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，其特征在于，两极化单元完全相同因此性能一致，任一极化工作时另一极化接匹配负载，可在500MHz-2GHz频段(4:1倍频)工作，在E面扫描±60°和H面扫描±45°范围内VSWR≤3。由于未使用有耗材料，侧射增益接近理想口径增益，整体辐射效率99％以上。
【技术特征摘要】
1.全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，其特征在于，在天线一个周期单元模块(5)内包括y极化偶极子单元(1)，x极化偶极子单元(2)，耦合电容片及其支撑结构(3)，单元金属地板(4)；
2.根据权利要求1所述的全金属模块化低剖面双极化强耦合超宽带阵列天线，其特征在于，天线所有部件除同轴接头外全采用金属制造，可铣削加工也可直接3d打印，天线一个周期单元模块(5)是一体化的金属，可...
【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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。