[实用新型]一种超宽带强耦合阵列天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及微波无线通信技术领域，尤其涉及一种超宽带强耦合阵列天线。

背景技术

随着无线通信技术的而快速发展，对各种天线提出了越来越高的要求。一方面，室内高速无线数据接入技术的兴起对超宽频带天线提出了广泛需求，另一方面，由于超宽带通信系统的工作的工作频段范围内，还存在诸如无线局域网、全球微波互联接入通信系统，为了降低不同通信系统之间的相互干扰，宽带相控阵天线得到了越来越多的应用。

现代相控阵天线是利用电子系统控制天线阵列中各个单元的馈电幅度、相位，以使阵列主瓣波束具有空间扫描特性。当阵列工作频带较宽，同时可以进行宽角域扫描时，就构成了宽带相控阵天线。相比较于旋转或者上下移动阵面的传统机械扫描方式的天线，相控阵天线具有反应时间短和可靠性高等诸多优势。

但是，传统宽带相控阵天线的工作宽带受到三方面的限制：

(1)周期排布的阵列天线，为了在大角度扫描时避免栅瓣出现，单元间距一般不能大于最高工作频率的半个波长，这就限定了天线单元的最大横向尺寸，也就是说，在单元间距确定的情况下，限定了天线阵的最高工作频率；

(2)理论上，具有自相似结构的非频变天线具有无限宽带，但是受单元尺寸和馈电结构限制，能实现的阻抗宽带也是有限的，特别是阵列环境下，天线单元的横向尺寸受限，也就限定了单元天线的最低工作频率；

(3)阵列天线为了实现定向辐射，提高增益，都需要在天线阵的底部加装接地板，当天线单元距离接地板为其工作频率的1/4波长时，激励电流与镜像电流同相叠加，但当距离接地板为半个波长时，激励电流与镜像电流反相抵消，就不能实现有效辐射，因此接地板成为限制阵列天线工作宽带的另一个重要因素。

综上，传统阵列的天线宽带非常有限，一般不超过6个倍频程，而现有的相控阵天线均没有解决这个问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超宽带强耦合阵列天线，能够突破栅瓣条件、单元尺寸及金属接地板对阵列性能的限制，使阵列天线能够在更宽频范围内正常工作，满足不同平台及不同任务的功能需求。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种超宽带强耦合阵列天线，包括若干个呈阵列排列的天线单元，每个天线单元均包括用于调整天线谐振频率的偶极子天线阵元、用于变换阻抗和转换阻抗的渐变线巴伦变换器及用于抑制反射波的电阻型频率选择表面，所述偶极子天线阵元采用领结形短偶极子天线，相邻的两个偶极子天线阵元的振子臂部分重叠，所述电阻型频率选择表面设置于偶极子天线的下方，电阻型频率选择表面为方环形，渐变线巴伦变换器设置于偶极子天线阵列的下方，且渐变线巴伦变换器穿过电阻型频率选择表面，渐变线巴伦变换器的输出端与偶极子天线的端口相连，所述每个天线单元中的偶极子天线阵元、每个天线单元中的渐变线巴伦变换器及每个天线单元中的电阻型频率选择表面均位于同一水平面上；所述天线单元的下方还设置有用于压制天线后向辐射的金属接地板。

优选地，所述渐变线巴伦变换器的形状沿与天线相反的方向呈指数型渐变，且渐变线巴伦变换器较宽的一端连接馈电端口，交窄的一端连接偶极子天线阵元。

优选地，所述渐变线巴伦变换器采用介质板的介电常数为2.2，厚度为0.5mm的渐变线巴伦变换器。

优选地，所述金属接地板的长度为60mm，且金属接地板与偶极子天线阵元之间的距离为46.5mm。

优选地，所述偶极子天线阵元的上方还设置有用于改善阵列宽角扫描特性的介质罩。

优选地，所述介质罩采用介电常数为2，厚度为12.3mm的介质罩。

本实用新型具有如下有益效果：

(1)相控阵天线采用领结形短偶极子天线，利用阵子臂之间的寄生电容来调整天线的谐振频率，能够降低谐振频率，使得整个阵列天线能够在宽频范围内正常工作，满足平台不同任务的功能需求；

(2)天线单元的下方设置有金属接地板，能够压制天线的后向辐射，提高阵列的前向辐射效率；

(3)偶极子天线的下方设置有电阻型频率选择表面，能够在很宽的频率范围内抑制来自接地板的反射，从而改善偶极子天线于金属接地板之间的传输特性，避免金属接地板的封校阻抗经过零点，进一步拓展宽带；

(4)偶极子天线阵元的上方还设置有介质罩，能够改善阵列天线的宽角匹配特性，使得阵列天线的传输特性更加稳定。