【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达天线，涉及共形宽带相控阵，特别涉及一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线。
技术介绍
1、随着高速高机动平台综合电子系统的不断发展，对雷达系统提出了更多的功能要求，包括侦测、干扰、探测和通信等，而双极化阵列天线因其在雷达应用中可显著提高目标检测和识别概率而备受关注。在这个背景下，对具备超宽带宽角扫描能力的双极化相控阵雷达天线的需求日益迫切，天线性能的优劣将直接决定了整个平台通信系统的工作质量。
2、对于高速高机动飞行器平台上的雷达孔径而言，共形天线可在不破坏载体外形结构的情况下改善机身空气动力学特性，并且具备更大的波束覆盖范围、更好的隐身性能和更高的空间利用率，成为未来高速高机动平台雷达天线的一个重要发展趋势。
3、因此，对共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线的研究在雷达天线
具有重大的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，通过两块双面敷铜的介质基板竖直正交对插，实现了超宽带紧耦合阵列天线的双极化工作。同时，功能结构的竖直排布使所提出的超宽带双极化紧耦合阵列天线在曲面共形设计时阻抗性能保持稳定。所提出的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线在高速高机动平台的雷达孔径中具有很好的应用前景。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，由m×n个双极化天线单元周期性排列并沿圆柱曲面共形组成，m≥4，n≥4，所
4、在一个实施例中，所述双极化天线单元内两块介质基板分别为第一介质基板和第二介质基板，所述第一介质基板的板面沿y轴放置，所述第二介质基板的板面沿x轴放置，所述y极化偶极子布置于所述第一介质基板上，所述x极化偶极子布置于所述第二介质基板上；其中，定义所述圆柱曲面的径向为z轴，轴向为x轴，与x轴和z轴垂直的方向为y轴；第一介质基板靠近圆柱曲面中轴的一边开有沿z轴方向的第一插槽(111)，第二介质基板远离圆柱曲面中轴的一边开有沿z轴方向的第二插槽(121)，通过所述第一插槽(111)与第二插槽(121)实现两块介质基板的竖直正交对插。
5、在一个实施例中，沿垂直且远离圆柱曲面中轴的方向，所述第一介质基板上依次布置第一馈电结构、y极化偶极子、第一宽角阻抗匹配层和第二宽角阻抗匹配层，所述第一馈电结构包含第一功分器、第一导线和第二导线；
6、沿垂直且远离圆柱曲面中轴的方向，所述第二介质基板上依次布置第二馈电结构、x极化偶极子、第三宽角阻抗匹配层和第四宽角阻抗匹配层，第二馈电结构包含第二功分器、第三导线和第四导线。
7、在一个实施例中，所述第二介质基板上还设置有耦合补偿贴片，所述耦合补偿贴片加载于x极化偶极子靠近圆柱曲面的一侧，包括第一耦合补偿贴片和第二耦合补偿贴片。
8、在一个实施例中，所述第一馈电结构和第二馈电结构相同且正交设置，第一馈电结构由第一功分器、第一导线和第二导线级联组成，并在垂直且靠近圆柱曲面中轴的方向设置x极化天线馈电端口，第二馈电结构由第二功分器、第三导线和第四导线级联组成，并在垂直且靠近圆柱曲面中轴的方向设置y极化天线馈电端口。
9、在一个实施例中，所述介质基板双面敷铜，其中：
10、所述功分器由功分器正面敷铜、功分器反面敷铜以及隔离电阻组成，功分器正面敷铜由关于z轴对称的两条铜带a组成，两部分铜带靠近圆柱曲面中轴的一侧连接馈电端口，隔离电阻连接于两部分铜带之间；
11、所述双导线由双导线正面敷铜和双导线反面敷铜组成，双导线正面敷铜由关于z轴对称的两条铜带b组成，双导线反面敷铜由关于z轴对称的两部分组成，每条铜带b投影于一个部分，且每条铜带b的一端连接偶极子，另一端与一条铜带a连接；
12、所述宽角阻抗匹配层由投影相对的宽角阻抗匹配层正面敷铜和宽角阻抗匹配层反面敷铜组成；
13、所述耦合补偿贴片由投影相对的耦合补偿贴片正面矩形敷铜和耦合补偿贴片反面矩形敷铜组成。
14、在一个实施例中，所述馈电结构能够实现从馈电端口的50ω到交叉偶极子的150ω的阻抗变换。
15、在一个实施例中，所述宽角阻抗匹配层的厚度为交叉偶极子到馈电端口距离的一半，比值误差不超过0.1。
16、在一个实施例中，所述介质基板的长度为功分器长度、双导线长度、交叉偶极子宽度的一半和宽角阻抗匹配层的厚度之和。
17、在一个实施例中，所述阵列天线工作方式为双极化，在曲率半径不小于200mm时双极化工作带宽覆盖2.2～13.0ghz，带内双极化均能够实现e面和h面±60°角域扫描且有源电压驻波比均小于3，所述阵列天线工作频带内y极化e面扫描±60°内增益波动仅有2.4db。
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
19、1.本专利技术提出的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，采用两块竖直放置的介质基板正交对插得到，易于共形设计及加工制造。
20、2.本专利技术提出的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，双极化天线单元的x极化偶极子下方加载了耦合补偿贴片，避免了x极化单元由于交叉偶极子交叉产生的缺口导致宽角阻抗匹配层作用降低的问题。
21、3.本专利技术提出的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，工作频带内y极化e面扫描±60°内增益波动仅有2.4db，突破了传统平面阵列天线扫描±60°时增益波动≥3db的限制。
22、此天线具有超宽带、宽角扫描、双极化、柱面共形等优点，适合用于高速高机动载体平台的通信系统和雷达系统之中。
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1.一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，由M×N个双极化天线单元周期性排列并沿圆柱曲面共形组成，M≥4，N≥4，其特征在于，所述双极化天线单元包含两块竖直正交对插的介质基板(1)，沿垂直且远离圆柱曲面中轴的方向，所述介质基板(1)上依次布置馈电结构、交叉偶极子(4)和宽角阻抗匹配层(5)，所述馈电结构包含功分器(2)和双导线(3)，所述交叉偶极子(4)通过所述馈电结构进行馈电，且所述交叉偶极子(4)由分别位于两块介质基板(1)上的Y极化偶极子(41)和X极化偶极子(42)交叉组成，实现双极化辐射。
2.根据权利要求1所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述双极化天线单元内两块介质基板(1)分别为第一介质基板(11)和第二介质基板(12)，所述第一介质基板(11)的板面沿Y轴放置，所述第二介质基板(12)的板面沿X轴放置，所述Y极化偶极子(41)布置于所述第一介质基板(11)上，所述X极化偶极子(42)布置于所述第二介质基板(12)上；其中，定义所述圆柱曲面的径向为Z轴，轴向为X轴，与X轴和Z轴垂直的方向为Y轴；第一介质基板(11)靠近圆柱
3.根据权利要求2所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，沿垂直且远离圆柱曲面中轴的方向，所述第一介质基板(11)上依次布置第一馈电结构、Y极化偶极子(41)、第一宽角阻抗匹配层(51)和第二宽角阻抗匹配层(52)，所述第一馈电结构包含第一功分器(21)、第一导线(31)和第二导线(32)；
4.根据权利要求3所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述第二介质基板(12)上还设置有耦合补偿贴片(6)，所述耦合补偿贴片(6)加载于X极化偶极子(42)靠近圆柱曲面的一侧。
5.根据权利要求3或4所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述第一馈电结构和第二馈电结构相同且正交设置，第一馈电结构由第一功分器(21)、第一导线(31)和第二导线(32)级联组成，并在垂直且靠近圆柱曲面中轴的方向设置X极化天线馈电端口(8)，第二馈电结构由第二功分器(22)、第三导线(33)和第四导线(34)级联组成，并在垂直且靠近圆柱曲面中轴的方向设置Y极化天线馈电端口(7)。
6.根据权利要求5所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述介质基板(1)双面敷铜，其中：
7.根据权利要求1所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述馈电结构能够实现从馈电端口的50Ω到交叉偶极子(4)的150Ω的阻抗变换。
8.根据权利要求1所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述宽角阻抗匹配层(5)交叉偶极子(4)到馈电端口距离的一半，比值误差不超过0.1。
9.根据权利要求1所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述介质基板(1)的长度为功分器(2)长度、双导线(3)长度、交叉偶极子(4)宽度的一半和宽角阻抗匹配层(5)的厚度之和。
10.根据权利要求1所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述阵列天线工作方式为双极化，在曲率半径不小于200mm时双极化工作带宽覆盖2.2～13.0GHz，带内双极化均能够实现E面和H面±60°角域扫描且有源电压驻波比均小于3，所述阵列天线工作频带内Y极化E面扫描±60°内增益波动仅有2.4dB。
...【技术特征摘要】
1.一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，由m×n个双极化天线单元周期性排列并沿圆柱曲面共形组成，m≥4，n≥4，其特征在于，所述双极化天线单元包含两块竖直正交对插的介质基板(1)，沿垂直且远离圆柱曲面中轴的方向，所述介质基板(1)上依次布置馈电结构、交叉偶极子(4)和宽角阻抗匹配层(5)，所述馈电结构包含功分器(2)和双导线(3)，所述交叉偶极子(4)通过所述馈电结构进行馈电，且所述交叉偶极子(4)由分别位于两块介质基板(1)上的y极化偶极子(41)和x极化偶极子(42)交叉组成，实现双极化辐射。
2.根据权利要求1所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，所述双极化天线单元内两块介质基板(1)分别为第一介质基板(11)和第二介质基板(12)，所述第一介质基板(11)的板面沿y轴放置，所述第二介质基板(12)的板面沿x轴放置，所述y极化偶极子(41)布置于所述第一介质基板(11)上，所述x极化偶极子(42)布置于所述第二介质基板(12)上；其中，定义所述圆柱曲面的径向为z轴，轴向为x轴，与x轴和z轴垂直的方向为y轴；第一介质基板(11)靠近圆柱曲面中轴的一边开有沿z轴方向的第一插槽(111)，第二介质基板(12)远离圆柱曲面中轴的一边开有沿z轴方向的第二插槽(121)，通过所述第一插槽(111)与第二插槽(121)实现两块介质基板(1)的竖直正交对插。
3.根据权利要求2所述的一种柱面共形的超宽带双极化紧耦合阵列天线，其特征在于，沿垂直且远离圆柱曲面中轴的方向，所述第一介质基板(11)上依次布置第一馈电结构、y极化偶极子(41)、第一宽角阻抗匹配层(51)和第二宽角阻抗匹配层(52)，所述第一馈电结构包含第一功分器(21)、第一导线(31)和第二导线(32)；
4.根据权利要求3所述的一种柱面共形的超宽带双极化...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，陈霑，王向博，高雨辰，魏昆，姜文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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