[发明专利]一种超宽带紧耦合天线阵列及天线设备

说明书

本发明属于超宽带相控阵天线技术领域，公开了一种超宽带紧耦合天线阵及天线设备，其中，超宽带紧耦合天线阵列，包括成阵列布置的天线阵元，每个天线阵元包括辐射单元以及馈电单元，所述辐射单元包括天线辐射片、加载片以及耦合开关；所述耦合开关在连通时，天线辐射片和加载片耦合使天线阵列工作于紧耦合模式；所述耦合开关在断开时，天线辐射片和加载片断开使天线阵列工作于偶极子阵列模式本发明设计的天线阵列通过频率可重构方式结合了紧耦合和印刷偶极子阵两种工作方式，可部分覆盖或全覆盖L/S/C/X/Ku频段，具有极宽的工作带宽，在保证优异的有源匹配性能同时超过现阶段绝大多数天线阵列方案的相对带宽。

技术领域

本发明涉及超宽带相控阵天线技术领域，尤其涉及一种具有频率可重构的紧耦合天线阵列。

背景技术

根据不同的需求，往往需要工作在不同频段的天线设备，如工作于低频L/S频段的通信设备，其辐射距离远，但是精度不够准确，工作于高频段的探测设备如X/Ku频段，其探测精度高，但探测距离近。然而实现多种功能的电子设备需要安装不同形式和工作频段的天线，这样不仅增大了设备重量和尺寸空间，而且天线间的电磁干扰严重影响了天线的性能。因此研究覆盖L/S/C/X/Ku频段超宽带相控阵天线可以有效改善上述限制。

申请号为201810222246.1的专利，它采用的是电阻片加载方案，可以实现1.49GHz-15.65GHz的有源阻抗带宽。但是其提出的方案加载阻抗为377Ω/square的电阻片会引入很大的插入损耗，降低天线的辐射效率。

申请号为201810816834.8的专利，它采用的是加载频率选择表面代替介质匹配层，实现宽带和轻量化的特点。但是其提出的方案有源阻抗带宽为6GHz-18GHz，仅有三个倍频程的频率带宽，无法满足多功能一体化系统需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种低插损、超宽带紧耦合天线阵列，克服现有超宽带相控阵天线阵列有源驻波带宽问题。

本发明的另一目的在于提供可用于侦察、干扰、探测、通信的天线设备。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超宽带紧耦合天线阵列，包括成阵列布置的天线阵元，每个天线阵元包括辐射单元以及馈电单元，其特征在于：

所述辐射单元包括天线辐射片、加载片以及耦合开关；所述耦合开关在连通时，天线辐射片和加载片耦合使天线阵列工作于紧耦合模式；所述耦合开关在断开时，天线辐射片和加载片断开使天线阵列工作于偶极子阵列模式；

所述馈电单元包括超宽带巴伦馈电线以及同轴馈线；所述超宽带巴伦馈电线一端与所述天线辐射片连接，超宽带巴伦馈电线另一端与所述同轴馈线连接。

所述辐射单元包括天线介质基板，天线辐射片、加载片以及耦合开关设置在所述天线介质基板的两侧。

在所述辐射单元上设置有一介质匹配层。

所述超宽带巴伦馈电线包括垂直段和水平段；垂直段顶端与天线辐射贴片连接在一起，垂直段底端与水平段连接在一起；水平段通过同轴馈线馈电。

超宽带巴伦馈电线的垂直段和水平段均为用于实现阻抗匹配的梯形渐变线结构，通过调节渐变线的斜率，使得超宽带巴伦馈电线可以覆盖L/S/C/X/Ku频段，其斜率k满足公式：

k＝0.5(W_50Ω-W_up)/(l_Vbalun+l_Hbalun)其中，l_Vbalun表示超宽带馈电巴伦垂直段长度，l_Hbalun表示超宽带馈电巴伦水平段长度，W_50Ω表示50Ω对应微带线宽，W_up表示天线输入阻抗对应的微带线宽度。