[发明专利]超宽带阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种超宽带紧耦合阵列天线的结构设计，可用于现代通信的FOPEN雷达和穿墙成像雷达系统中。

技术背景

宽带阵列天线在雷达与通信中都有广泛的应用，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，利用阵列主瓣波束进行扫描。当阵列天线具有宽带特性，同时可以进行宽角域扫描时，就构成了宽带相控阵天线。

相控阵技术最早出现在20世纪30年代，主要用于军事雷达领域。传统的宽带相控阵天线设计都需要先独立地设计出一个宽带的天线单元，然后将其置于阵列中并设法使其正常工作。这种传统的设计方法寄希望于天线单元间的互耦效应对阵列的功能不会产生太强的不利影响，但结果往往不尽人意。按照传统的设计思路想要获得具有几个倍频的宽带相控阵天线的难度仍然非常大，在天线设计上仍存在一些困难无法克服，如阵元横向尺寸较大、结构复杂以及频带宽度受阵元带宽和阵元间互耦的限制难以进一步拓展。

电子科技大学2013年的的硕士论文“双阻带陷的小型化超宽带天线阵列设计与研究”中，赵飞飞提出了一款具有双阻带陷特性的超宽带天线阵列，阵列中的天线单元是具有双阻带特性的超宽带微带天线，天线的辐射单元为一微带馈电的带有弧形缝隙及倒U型缝隙的半圆形贴片，在地板上开有由两个U型结构合成的缝隙，单元的匹配带宽为3.1GHz-12GHz，组成1×2的线阵后天线阵的匹配带宽为3.0GHz-11GHz，其阵列的带宽小于天线单元的带宽。

深圳市天鼎微波技术有限公司在其申请的专利《一种应用于5G通信系统的紧耦合阵列天线》(申请号：201610327943.4，公开号：CN 106099359A)中，提出了一种应用于5G通信系统的紧耦合阵列天线，通过交指型偶极子天线阵列板、栅格形阻性频率选择表面板以及接地板的多层结构和紧耦合阵列设计，相对带宽可达到149.1％，虽然满足了在2.8GHz～19.2GHz频段有源驻波比ActiveVSWR<3应用范围，但是该专利存在缺少馈电网络且带宽应用范围受限的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提出一种超宽带阵列天线，利用单元间的耦合效应，使阵列天线的带宽不再受天线单元带宽的限制，从而有效的拓宽了阵列天线的带宽。

为实现上述目的，本发明包括天线阵列板、电阻型频率选择表面板、接地板和馈电巴伦，天线阵列板位于电阻型频率选择表面板的正上方，且平行于电阻型频率选择表面板，所述天线阵列板包括多个偶极子辐射周期单元，每个偶极子辐射周期单元包括两个偶极子臂、金属过孔和介质板，所述电阻型频率选择表面板包括多个电阻型频率选择表面单元，每个电阻型频率选择表面单元由电阻贴片和介质板组成，其特征在于：

所述每个偶极子臂包括第一金属贴片和第二金属贴片，该第一金属贴片由矩形和以矩形长边为弦切开的圆相接组成，该第二金属贴片由第一金属贴片和顶点与介质板中心重合且第三边与矩形长边重合的三角形相嵌组成；

所述电阻贴片，由方环贴片、圆环贴片和菱形贴片嵌套组成，三者中心重合。

作为优选，所述两个偶极子臂位于介质板的中心，且在介质板的上下表面相互交叉排列。

作为优选，第一金属贴片是由两部分形状拼接而成的四边形，该四边形的三条边为直线，一条边为圆弧，其中相对的两条直线边平行相等，这两条直线的一端与第三条直线边相接，另一端与圆弧线相连，构成一个封闭空间。

作为优选，第二金属贴片是由第一金属贴片和等腰三角形组合而成的多边形，其中第一金属贴片中的三条直线边保持不变，第一金属贴片中的圆弧边被三角形的两腰切割。

作为优选，方环贴片位于介质板的边缘，圆环贴片嵌套于方环贴片内部，菱形贴片位于圆环贴片内部，三者中心重合，且菱形贴片中心有正方形开口。

作为优选，所述金属过孔沿介质板长边对称分布。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明中的偶极子臂在介质板的上下表面交叉排列，重合部分的区域是两个第一金属贴片的面积，通过增加重合部分的面积，进一步增强阵列间的耦合效应，从而解决了现有技术中天线阵列带宽受单元带宽限制的技术问题，拓展了天线阵列带宽。

2、本发明采用电阻型频率选择表面结构，其中电阻贴片由方环贴片、圆环贴片和菱形贴片嵌套组成，使得电阻型频率选择表面的吸波效果更好，从而有效的消除短路点进一步拓展天线阵列的带宽。

附图说明

图1是本发明超宽带阵列天线的结构示意图；