[发明专利]基于强耦合效应的机翼载低散射超宽带共形相控阵

说明书

本发明公开了一种基于强耦合效应的机翼载低散射超宽带共形相控阵，该阵列的整个天线结构进行了共形化处理，它在0.5‑2GHz的宽频带内实现了组阵方向的±45°扫描，相较于传统的平面超宽带相控阵，在天线的工作频带内外具有显著的低散射特性。整个天线结构主要包括:天线辐射单元的同轴馈电结构；用于连接天线辐射贴片与馈电结构的渐变线巴伦；与飞行载体共形的金属地板；位于金属地板上的寄生金属块；用于支撑整个相控阵天线辐射结构的共形介质基板；基于强耦合效应的相连长槽共形辐射贴片；用于支撑阻性电磁超材料的共形介质基板；具有超宽带电磁波吸波作用的圆形阻性电磁超材料；天线辐射单元两侧的寄生开槽。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，尤其涉及超宽带宽角扫描共形相控天线阵系统，具体来说是一种基于强耦合效应的，共形于局部机翼载体平台的，具有低散射特性的超宽带宽角扫描的相控天线阵。特别适用于要求天线隐身性能良好且具有低剖面特性，并能实现超宽带宽角扫描的飞行载体平台。

背景技术

随着现代电子信息技术的日渐发展，尤其是军用电子对天线性能的愈发严苛，传统的机械扫描天线已经难以满足需求。由于电扫描相控阵具有波束扫描快，多目标探测，以及远距离探测等等优势，因此相控阵天线越来越受到各国的重视。而在相控阵天线中，具有超宽带宽角扫描性能与低散射特性的相控阵天线尤其受到各国军事力量的重视。现代飞行器的不断发展，其飞行速度越来越快，对自身气动布局的要求越来越高。平面天线阵安装于飞行载体的表面，对其外形影响较大，影响其飞行性能。因此安装于高速飞行器表面的天线需要更小的横截面和更好的贴合性。为了适应这样的需求，将一些天线单元以曲面的形式排布，共形天线阵列与相控阵进行结合，共形相控阵天线便由此诞生。

基于强耦合效应的宽带相控阵是近年来国际上提出的一种新概念相控阵天线，相较于传统相控阵，这种单元紧密排列的新型相控阵天线更适用于小型化以及宽带宽角扫描特性的设计。2003年，俄亥俄州立大学的B.Munk教授在美国专利号6512487专利“宽带相控阵及相关技术”(Wideband Phased Array Antenna and Associated Methods)中首次提出了这种新型的宽带相控阵。然而Munk等人并没有就强耦合天线技术向共形天线方向进行研究发展，使其仍然停留在平面阵天线层面，平面阵在视场范围、口径效率、散射特性、与载体的外形契合度上都不如共形相控阵。

在共形阵的发展过程中，一些改进的、其他形式的共形阵被相继提出。申请号为201410414085.8的中国专利“共形相控阵雷达结构”中，提出了一种以贴片天线为基本单元，共形于锥台形载体的共形相控阵天线。其天线馈电结构比较复杂，并且为了防止天线单元之间的耦合，其口径效率低于基于强耦合效应的共形相控阵天线。

在申请号为201610441467.9的中国专利“一种低剖面共形天线”中，提出了一种共形于弧形板条的缝隙天线阵，其设计的微带等幅非等相功分器考虑了非平面缝隙阵列到等相位面的相位差，实现了组阵方向上的一维波束扫描。但其采用的天线单元形式本身是一种窄带结构，设计的相对带宽仅为7.6％，难以满足现代相控阵天线超宽带宽角扫描的需求，同时整块的金属背腔结构对天线RCS贡献较大，也难以实现天线的低散射性能。

2016年一篇发表在IEEE上的文章“Broadband Antenna Array Aperture Made ofTightly Couple Printed Dipoles”提出了一种基于强耦合效应的共口径相控阵天线，该天线在1.2-6GHz内在偶极子E面实现了60°扫描，且驻波在3以下。但该天线的馈电结构与偶极子均竖直放置，这极大的增加了天线的剖面高度，且天线单元并没有使用与载体外形相符的共形设计，其仅仅是在馈电布局上与载体外形契合，因此并不是完全意义上的共形相控天线阵。