[发明专利]一种全孔径强耦合超宽带对称偶极子相控阵天线

说明书

本发明公开了一种基于强耦合效应的全孔径强耦合超宽带对称偶极子相控阵天线及其研制方法。改进传统强耦合相控阵天线，天线阵列通过威尔金森功分电路同时激励两个镜像对称偶极子单元，并在阵列两边缘端口采用延长型偶极子单元，在不使用哑元的前提下消除了x轴方向上截断效应的影响同时增大天线辐射孔径，改善阵列低频段驻波，在阵列边缘加入了垂直金属壁取代了哑元并作为宽角阻抗匹配层的支撑，最终天线阵列的全部端口馈电，达到了天线阵面全孔径利用、实现更高的孔径效率的目的。本发明结构简单稳固，加工便利，在1‑4GHz频段内可达到有源驻波小于3，利用该设计的相控阵天线尤其适合需要超宽工作频带、低成本、小尺寸、高效率的应用平台。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，特别涉及基于强耦合效应的全孔径超宽带相控阵天线及其研制方法。

背景技术

相控阵技术自提出至今一直以其扫描速度快、波瓣控制灵活、功能集成度高等优点而备受关注。由于对卫星、导弹、飞机等各种飞行器和其他目标进行监视跟踪的需求日益增加，并且为了在日趋复杂的环境中提取更多有效信息，迫切需要雷达具有多功能、多目标、高数据率、高精度、抗干扰等功能。现代相控阵技术能同时对空搜索、识别和跟踪，以高数据率传输信息，因此相控阵技术在现代雷达和电子战中起着举足轻重的作用。传统相控阵往往带宽较窄，且设备整体复杂，体积庞大沉重，在实际应用的过程中维护也较为费时费力。

近年来，天线研究领域提出了一种新型宽带阵列天线技术，即基于强耦合效应的宽带阵列天线技术。研究发现，天线单元间的强耦合效应可以使阵元的阻抗特性在频率改变时变化平缓，这样较宽的阻抗带宽就可以通过简单的匹配来实现。添加强耦合结构可以省去去耦网络等额外的结构的设计以达到简化阵列结构的目的。不仅如此，与传统相控阵天线相比，强互耦相控阵往往体积更小，单元之间的排布更为紧密，使得强互耦相控阵能更利于共形设计。这种单元排布紧密的天线阵列，当某一单元故障时往往不会对整个阵列的性能产生很大的影响，因此强互耦相控阵对恶劣的环境有更强的适应能力。正是这些优势使得强互耦相控阵在实际应用中，尤其是军事应用中有着更为宽广的前景。如专利号为US6512487的美国专利中提出的“宽带相控阵列天线及其相关技术”。在该专利中，通过在相邻偶极子之间交指紧密排列进而引入了电容耦合分量，这种电容耦合分量刚好补偿了天线偶极子固有电感分量及天线底板带来的电感分量。但是该方案需要使用两层以上的微波介质层，且一般要求充当宽角扫描匹配层的介质层具有与工作波长成正比的厚度，因此该方案不便于后续进一步的低剖面轻量化宽带相控阵天线设计。

在专利号为CN105846081的中国专利中，申请人提出了一种双极化一维强耦合超宽带宽角扫描相控阵，该天线的垂直极化偶极子两侧水平和竖直渐变延伸部分取代了传统的接匹配电阻的阵元作为哑元，既提高了带宽水平，又避免了损失效率，还节约了空间。但这种方案需要在两互相垂直基板上印刷连续电路，使得最终天线阵列加工连接困难，结构复杂且不稳固。

在文献“A planar ultrawideband wide-Angle scanning array loaded withpolarization-sensitive frequency-selective surface structure”中，作者采用一种幅度衰减激励阵列方案用来消除截断效应，中心端口激励幅度最大，而外围端口不断减小，这种方案虽然可以一定程度上消除截断效应影响，但由中心端口向外围激励幅度不断减小，使得整个阵列的辐射功率大大减小。

传统强耦合相控阵天线往往需要在阵列馈电端口外围设置大量接匹配负载的端口作为哑元以降低边沿附近单元的有源驻波，导致最终阵列尺寸较大，口径利用率低，同时因为引入大量哑元使得成本提高。因此，对新颖的天线结构展开研究从而获得全孔径辐射的强耦合相控阵天线，具有非常重要的实际工程意义。

发明内容