多倍频程超宽带天线及共形阵列天线制造技术

本发明专利技术属于天线设计技术领域，具体涉及一种多倍频程超宽带天线及共形阵列天线。所述多倍频程超宽带高隔离度天线，包括介质基板、馈电结构和附着在所述介质基板正反面的金属辐射贴片；所述介质基板正反面的金属辐射贴片为相同结构的渐变式贴片，共同组成对跖Vivaldi天线，两金属辐射贴片对称地分布于介质基板的上下两面；所述金属辐射贴片由内指数渐变槽线和外指数渐变槽线围成，正反面两金属辐射贴片之间形成辐射的开口槽。所述共形阵列天线，将上述天线作为天线单元，将6个所述天线单元均匀排布在圆台载体侧面，相邻天线单元之间保持一定间隙，所述天线单元保持原有形状。本发明专利技术提高了天线的低频工作带宽和辐射增益及方向性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
多倍频程超宽带天线及共形阵列天线


[0001]本专利技术属于天线设计
，具体涉及一种多倍频程超宽带天线及共形阵列天线。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展和信息化武器装备的产生，电磁频谱资源运用愈发频繁，电磁环境日益复杂，电磁波调控手段面临新的挑战。
[0003]在对抗水平不断提升的情况下，逐渐出现了感知、探测、制导、对抗一体化的需求，这就要求天线具有自适应和超宽带的性能。同时，飞行器平台的气动、隐身等性能约束，又期望相应的天线具有与载体共面共形的特征。现代战场对超宽带天线系统的要求越来越高，提高天线系统在复杂电磁环境中的信息感知精度和速度，会使认知电子设备的复杂程度加大，尤其是应用于飞行平台的阵列天线。此外，为了适应各种高速运动的飞行器，各类曲面共形天线相继产生，不仅可以增加飞行器的操作性能，减少空气气动阻力和天线的重量，还可以降低雷达散射面积，实现飞行器的隐身特性。飞行平台天线的设计，不仅需要满足天线的高性能要求，且需要对天线的尺寸进行小型化和共形设计，确保降低天线的重量并保证天线和平台共形成一个整体。
[0004]对于超宽带系统而言，其天线的研究与设计显得极为重要。天线作为电子信息系统的核心部件之一，是发射和接收电磁波必不可少的，负责将发射机发射的信号转换成无线电波辐射到空间，或将空间电磁波转换成电流电压传递给接收机，在雷达、通信、导航系统中发挥着重要的作用。指标优良的天线可提升电子设备和装备的性能。
[0005]随着信息容量的急剧扩大及现代电子设备抗干扰能力需求的不断加强，单个天线所能完成的功能往往比较有限，因此，阵列天线以及宽带天线技术成为解决关键问题的重点，以满足工作频带内电压驻波比、增益、效率和辐射方向图的灵活可控等多项要求，实现对全频段、全空域的电磁态势感知和探测，获取相关辐射源的特征参数。同时，为保证不同搭载平台(如车辆、船舰、飞机、导弹等)信息数据截获的稳定性，完成对战场电磁态势的精准感知，支撑多功能认知导引头及认知电子战设备，需与搭载平台共形匹配。
[0006]面对复杂电磁环境，传统机械扫描天线的重量较大，运动惯性大，扫描速度慢，无法满足紧凑和高速信息获取的需求。相比于线阵与面阵，共形阵列天线具有以下特征：(1)不影响载体的空气动力学性能；(2)具有更广阔的波束覆盖范围；(3)可提高载体的空间利用率；(4)可增大天线等效口径。
[0007]共形天线阵具有线阵、平面阵无法比拟的性能优势，但由于受到共形载体曲率的影响，空间不同位置的阵元最大波束指向不一致，造成辐射性能恶化，这给阵列的设计带来了较大的困难。若采用一般的等幅同相的馈电方式对共形阵上的天线单元进行激励，易导致较高的旁瓣和高的交叉极化，甚至可能出现辐射方向图的裂瓣，极化性能急剧恶化等。因此，对共形阵电性能的研究是很有必要的。
[0008]超宽带共形阵天线能够与飞行载体表面相共形，在减轻运动物体质量的同时还不
破坏载体的空气动力学和外形特性。相对于平面阵天线，对共形阵天线的研究和综合更为复杂。对共形阵天线的综合研究不仅要考虑辐射性能，而且要考虑共形阵列单元的形式、形状、以及其分布等问题。
[0009]现有的超宽带天线工作频段还有一些局限，如可以覆盖较高的频段，但是低频段工作特性不好，不能满足系统在低频段的工作需求。同时以传统的共形方式将天线共形到复杂载体上时，天线的形变必然会造成天线性能的恶化，且在阵列天线共形设计中，还需要考虑各个天线单元的互耦问题。
[0010]对跖Vivaldi天线是一种平面结构的超宽带渐变开槽天线，因其具有的超宽带、低剖面、易加工等优点，受到了研究者的青睐。渐变开槽天线作为典型的超宽带天线在阻抗带宽、增益、交叉极化、波束宽度、副瓣电平以及定向辐射等方面具有显著的优点。渐变开槽天线具有高性能的超宽带辐射性能，通常可以覆盖几个甚至几十个倍频程的阻抗带宽。由于渐变开槽天线的表面电流主要集中在指数渐变线的内边缘，因此该类型天线的性能主要由指数渐变线的形状以及馈电方式决定。
[0011]如图1所示为传统对跖Vivaldi天线，其主要由分布在介质基板正反两面的金属辐射贴片和馈电结构组成。辐射贴片由指数渐变槽线围成，正反面之间形成辐射的开口槽，馈电结构有微带平行线组成，为了改善天线的工作带宽，馈电线的接地端一般采用渐变巴伦馈电结构。该天线的S11计算结果如图2所示，可以看到天线的工作带宽为2-12.5GHz，低频截止频率为2GHz，不能满足超宽带系统性能的需求。

技术实现思路

[0012]本专利技术解决的技术问题之一是如何设计多倍频程的超宽带天线问题。为满足复杂的电磁环境需求，降低系统集成的复杂度，就要尽可能的降低天线的尺寸和单元数目。因此工作频段可以覆盖多个频段的超宽带天线是设计的关键之一。本专利技术采用对跖Vivaldi天线作为设计的基本天线单元。具体技术方案如下：
[0013]多倍频程超宽带天线，包括介质基板1、馈电结构2和附着在所述介质基板1正反面的金属辐射贴片；所述介质基板1正反面的金属辐射贴片3为相同结构的渐变式贴片，共同组成对跖型Vivaldi天线；两金属辐射贴片3对称地分布于介质基板1的正反两面；所述金属辐射贴片由内指数渐变槽线4和外指数渐变槽线5围成，正反面两金属辐射贴片之间形成辐射的开口槽6，所述金属辐射贴片上开设有矩形槽7。
[0014]优选地，所述内指数渐变槽线4满足如下方程式所述外指数渐变槽线5满足如下方程式c1、c3为常量系数，α1、α2为渐变线的曲率；c2、c4为参数值，c2、c4的值由天线馈电线的宽度决定。e为自然常数，x表示函数自变量，y1,y2为函数因变量。
[0015]优选地，所述c1、c3取值均为1，c2＝-1.93，c4＝-0.07，α1＝0.024，α2＝0.08。
[0016]优选地，所述金属辐射贴片上的矩形槽7有多个，同一金属辐射贴片上的矩形槽等间距平行排列。
[0017]优选地，所述介质基板正面金属辐射贴片上的矩形槽与介质基板反面金属辐射贴片上的矩形槽关于主轴辐射方向旋转对称。
[0018]优选地，所述矩形槽与所述介质基板的一边相交。
[0019]优选地，所述介质基板为矩形，所述矩形槽相对于所述介质基板的边倾斜。
[0020]优选地，在所述内指数渐变槽线的上部设置有正方形金属贴片8，所述正方形金属贴片8与所述金属辐射贴片3通过贴片电阻9连接。
[0021]优选地，还包括一个设置在所述介质基板正面上对应开口槽处的椭圆形金属贴片10。
[0022]本专利技术还提供了一种共形阵列天线，将上述的多倍频程超宽带天线作为天线单元11，将6个所述天线单元均匀排布在圆台载体12侧面上，相邻天线单元之间保持一定间隙，所述天线单元保持原有形状。
[0023]采用本专利技术获得的有益效果：
[0024]1)本专利技术在传统对跖Vivaldi天线的基础上做了一些的改进，通过在天线边缘加载矩形斜槽，在天线金属辐射贴片末端加载吸波电阻以及在天线口径处加载椭圆形金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多倍频程超宽带天线，包括介质基板(1)、馈电结构(2)和附着在所述介质基板(1)正反面的金属辐射贴片；所述介质基板(1)正反面的金属辐射贴片(3)为相同结构的渐变式贴片，共同组成对跖型Vivaldi天线；所述两金属辐射贴片(3)对称分布于介质基板(1)的正反两面；其特征在于：所述金属辐射贴片由内指数渐变槽线(4)和外指数渐变槽线(5)围成，正反面两金属辐射贴片之间形成辐射的开口槽(6)，所述金属辐射贴片(3)上开设有矩形槽(7)。2.如权利要求1所述的多倍频程超宽带天线，其特征在于：所述内指数渐变槽线(4)满足如下方程式所述外指数渐变槽线(5)满足如下方程式c1、c3为常量系数，α1、α2为渐变线的曲率；c2、c4为参数值，其大小由天线馈电线的宽度决定。3.如权利要求2所述的多倍频程超宽带天线，其特征在于：所述c1＝1、c3＝1，c2＝-1.93，c4＝-0.07，α1＝0.024，α2＝0.08。4.如权利要求3所述的多倍频程超宽带天线，其特征在于：所述金属辐射贴片上的矩形槽(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高升，潘少鹏，申婉婷，亓琳，李昭南，李佳维，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：