【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线工程，具体涉及一种基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线。
技术介绍
1、相控阵天线相对于传统的机械扫描天线，具有易于波束赋形、任意改变波束指向、易于形成多波束等优点。超宽带(uwb)相控阵在多功能应用中备受关注，它利用多个波束、极化和频带来实现不同的功能。传统的超宽带天线单元一般都具有比较大的横向或者纵向尺寸，难以实现低剖面、共形化、轻薄化设计等诸多问题。基于以上弊端，近年来出现了一种新型的强耦合天线，与传统的宽带相控阵不同，强耦合天线的设计思路是利用单元之间的耦合来拓展天线的带宽。该类型的相控阵天线可以集宽频带、尺寸小、低剖面、易共形等多种优势于一体。
2、2018年，文献“broadband antenna array aperture made of tightly coupleprinted dipoles”提出了一种基于紧耦合技术的超宽带相控阵。该天线采用印刷偶极子作为辐射体，采用“蛋箱”布局，相邻阵元交界处有加载耦合电容，馈电结构采用将巴伦与阻抗变换器集成在一起的一种双y形巴伦，实现了在1.2-6ghz(5:1)的带宽内，扫描到60°时驻波比小于3。该设计采用了垂直放置的偶极子和厚重的介质匹配层，使得天线的剖面高度和质量增加，不利于拓展到低频。
3、在专利cn110085975a中，专利技术人提出了一种基于紧耦合技术的机载低散射超宽带相控阵，实现了0.5-2ghz(4:1)的带宽。该设计采用了磁偶极子作为基本辐射单元，有利于共形，通过加载在共形环境下设计的阻性电磁
4、在专利cn112038753a中，专利技术人针对此问题采用了交叉放置的电偶极子实现双极化，用人工超材料阻抗匹配层取代传统介质匹配层，克服了传统介质匹配层剖面高、笨重的缺点，在共形处理上更有优势，但该阵列天线的工作带宽仍有待进一步拓展，难以满足更宽频带需求。
5、针对存在的上述问题，本专利技术公开了一种基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线，致力于在拓展带宽、降低剖面等方面取得突破。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对传统的强耦合超宽带天线工作带宽尤其是低频段的带宽不够、剖面较高等问题，在天线辐射体的结构上加载了尺寸和间距不等的一系列鱼骨形的缝隙，采用功分器加双巴伦的馈电结构，实现了0.054个低频波长的剖面高度和0.25-1.85ghz(7.4:1)的带宽，工作方式为双线极化，能够实现±45度扫描。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线。该天线阵列包括双层轻薄的天线介质基板(100)、印刷在天线介质基板上层上表面的带鱼骨形缝隙的十字交叉型偶极子单元(101)、印刷在天线介质基板上层下表面的三角形寄生贴片(102)和正方形寄生贴片(103)、不带短路柱的marchand巴伦(201)、带短路柱的marchand巴伦(202)、放置于金属地板上的微带功分器(300)以及金属地板(400)。
3、偶极子层采用轻薄的双层介质基板，第一层基板的上表面印刷改进的三角形的十字交叉偶极子，将非交叉处的偶极子的空白处用旋转90°的相同形状补齐。在偶极子的结构上开了尺寸和间距不等的一系列鱼骨形的缝隙，这种结构使得在不使用阻性加载时可以改善天线的低频特性。下表面印刷着类似形状的三角形寄生贴片。第二层基板的下表面对应地印刷三个正方形的耦合寄生贴片。偶极子和寄生贴片紧密连接，金属贴片之间的缝隙和上下层金属贴片之间可以产生足够的电容耦合来抵消低频因为地面短路而产生的电感，从而拓展低频的带宽。
4、进一步地，天线单元中每个极化方向上放置两个偶极子，两个极化方向的偶极子呈十字交叉放置，分别由一个marchand巴伦馈电，连接到放置在金属地面上的功分器上，功分器由50ω同轴接头馈电。双巴伦馈电的方式可以实现50ω同轴接头到偶极子的阻抗变换。
5、进一步地，天线单元中每个极化的两个振子中相对功分器靠右的一侧都加载了一个金属条带，印刷在marchand巴伦的背面，上下两端分别与偶极子和地板有电连接，作为抑制阵列的共模谐振效应的短路柱加载。
6、进一步地，所述金属地板上设置一系列通孔和螺纹孔，用于安装接头、固定功分器、固定上层介质基板。地板和上层介质基板之间用尼龙柱支撑和固定。
7、综上所述，本天线设计具有以下创新：(1)改进了传统的基于阻性加载实现超宽带特性的思路，在不用阻性加载的条件下实现了超宽带工作，并提高了辐射效率。(2)用相同的形状补齐偶极子的空白处，使得辐射体结构的三部分形状完全相同，并增大了耦合电容。(3)在偶极子上开了尺寸和间距不等的一系列鱼骨形的缝隙，改善了低频性能。(4)在天线阵元每个极化方向的双巴伦中，以功分器位置为参照的右边巴伦通过印刷金属条带作为短路柱加载，左边巴伦不变，改善了天线阵列的共模谐振问题。(5)降低了剖面高度，工作频带达到7.4倍频程，且剖面高度仅为0.054个低频波长，并取消了传统厚重的宽角阻抗匹配层，整个天线重量更轻。
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1.基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线，其特征在于，包括了双层轻薄的天线介质基板(100)、印刷在天线介质基板上层上表面的带鱼骨形缝隙的十字交叉型偶极子单元(101)、印刷在天线介质基板上层下表面的三角形寄生贴片(102)和正方形寄生贴片(103)、不带短路柱的Marchand巴伦(201)、带短路柱的Marchand巴伦(202)、放置于金属地板上的微带功分器(300)以及金属地板(400)，所述微带功分器、Marchand巴伦皆印刷在轻薄的介质基板上，微带功分器介质基板与天线介质基板平行放置，巴伦与天线介质基板垂直放置，重叠部分通过开矩形槽保持固定。
2.根据权利要求1所述的基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线，其特征在于采用了三角形和正方形的组合寄生贴片与偶极子天线结构紧密连接，增强天线单元之间的耦合，在偶极子上开尺寸和间距不等的一系列鱼骨形的缝隙，未使用传统超宽带阵列天线的阻性加载，有效拓展了低频段的工作带宽，提高了辐射效率。
3.根据权利要求1所述的基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线，其特征在于应用了一种功
4.根据权利要求1所述的基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线，其特征在于介质基板均采用轻薄易弯曲的柔性介质，取消了传统的厚重宽角阻抗匹配层，重量更轻；阵列天线采用金属地板以增强机械强度，且金属地板与功分器下表面采用导电胶粘接，以保证金属地板与其他需要共地的结构之间有良好的电连接。
...【技术特征摘要】
1.基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线，其特征在于，包括了双层轻薄的天线介质基板(100)、印刷在天线介质基板上层上表面的带鱼骨形缝隙的十字交叉型偶极子单元(101)、印刷在天线介质基板上层下表面的三角形寄生贴片(102)和正方形寄生贴片(103)、不带短路柱的marchand巴伦(201)、带短路柱的marchand巴伦(202)、放置于金属地板上的微带功分器(300)以及金属地板(400)，所述微带功分器、marchand巴伦皆印刷在轻薄的介质基板上，微带功分器介质基板与天线介质基板平行放置，巴伦与天线介质基板垂直放置，重叠部分通过开矩形槽保持固定。
2.根据权利要求1所述的基于鱼骨形缝隙加载的强耦合双极化超宽带相控阵天线，其特征在于采用了三角形和正方形的组合寄生贴片与偶极子天线结构紧密连接，增强天线单元之间的耦合，在偶极子上开尺寸和间...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨仕文，崔焯程，杨锋，屈世伟，陈益凯，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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