[发明专利]一种宽带相控阵天线单元及其辐射方法

说明书

一种宽带相控阵天线单元及其辐射方法，通过馈电同轴接头将外部射频信号馈入宽带相控阵天线单元，馈入的外部射频信号分别在环形辐射器及环形辐射器、匹配枝节和附加谐振枝节构成的配合上形成了两种不同的电流分布；环形辐射器上的电流在工作频率的高频形成谐振，环形辐射器、匹配枝节和附加谐振枝节构成的配合上的电流则在工作频率的低频形成谐振，两个谐振点的产生有效地增加了天线单元的带宽，其产生的电磁波均通过宽带相控阵天线单元辐射到自由空间中；通过匹配枝节与环形辐射器配合改变宽带相控阵天线输入阻抗的大小，从而实现宽带相控阵天线单元的阻抗匹配；本发明可广泛应用于星载、机载、弹载和地面终端等移动平台的相控阵天线。

技术领域

本发明涉及一种宽带相控阵天线单元及其辐射方法，可用于天线特别是宽带宽角扫描天线领域，属于电磁辐射技术领域。

背景技术

高集成度相控阵天线具有波束捷变、可靠性高等优点，可广泛应用各类移动无线平台。为了提高系统容量、输出传输速率等要求，天线需要具有宽带特性。如未来卫星通信系统中使用的Ka频段相控阵天线，天线带宽需要达到10％。

微带天线具有剖面低、重量轻等优点，在工程领域有着十分广泛的需求。微带环形天线是一种小型化的微带天线单元，在减小传统微带贴片天线尺寸的同时(当微带环形天线和微带贴片天线工作在相同的谐振频率时，微带环形天线的尺寸约为微带贴片天线尺寸的一半)，又有效地减少了阵列中天线单元之间的表面波耦合，能很好地改善相控阵天线的宽角扫描特性。然而微带天线的带宽一般都比较窄，特别是小型化的微带环形天线，其带宽仅为传统微带天线的30％左右，这就意味着微带环形天线的带宽只能达到1％～3％，极大地限制了微带环形天线在实际工程中的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种小型化的宽带相控阵天线单元及其辐射方法，解决了小型化相控阵天线单元在应用中的带宽问题，使相控阵天线具有宽带宽角扫描特性。

本发明解决的技术方案为：一种宽带相控阵天线单元，包括：介质基片(5)，环形辐射器(1)，匹配枝节(2)，附加谐振枝节(3)，馈电同轴接头(4)；

环形辐射器(1)位于介质基片(5)的一侧上，匹配枝节(2)与附加谐振枝节(3)位于介质基片(5)上，馈电同轴接头(4)的内导体穿过介质基片(5)与附加谐振枝节(3)相连；

介质基片(5)用于支撑环形辐射器(1)、匹配枝节(2)、附加谐振枝节(3)；

环形辐射器(1)单独或环形辐射器(1)、匹配枝节(2)和附加谐振枝节(3)共同作用，能够接收或发射电磁波信号；

匹配枝节(2)与环形辐射器(1)配合，实现宽带相控阵天线单元的阻抗匹配；

附加谐振枝节(3)与环形辐射器(1)，匹配枝节(2)配合，形成所需的谐振频率，并天线带宽展宽到所需要的带宽。

馈电同轴接头(4)用于将外部射频信号馈入宽带相控阵天线单元，馈入的外部射频信号分别在环形辐射器(1)及环形辐射器(1)、匹配枝节(2)和附加谐振枝节(3)构成的配合上形成了两种不同的电流分布；环形辐射器(1)上的电流在工作频率的高频形成谐振转换成相应频率的电磁波，同时环形辐射器(1)、匹配枝节(2)和附加谐振枝节(3)构成的配合上的电流在工作频率的低频形成谐振转换成相应频率的电磁波，产生的两个不同频率的电磁波均辐射到自由空间中。

介质基片(5)为覆铜板；覆铜板，包括两层金属层和一层介质层，介质层位于两层金属层之间，其中一层金属层作为上表面，上表面上腐刻环形结构形成环形辐射器(1)；在同一层金属层上腐刻匹配枝节(2)和附加谐振枝节(3)。