[发明专利]一种用于低剖面超宽带阵列天线的阻抗匹配方法

说明书

本发明公开了用于低剖面超宽带阵列天线的阻抗匹配方法，包括双曲线微带巴伦、辐射层、开路线和同轴线，方法包括：将双曲线微带巴伦的平衡端的一臂与开路线进行串联，开路线与辐射层直接耦合，双曲线微带巴伦的平衡端的另一臂与辐射层通过金属化过孔连接，双曲线微带巴伦的非平衡端与同轴线焊接，同轴线经双曲线微带巴伦对天线进行馈电。本方法设计天线的一臂同时作为辐射层和开路线的地，在不增加任何介质层的情况下，将开路线集成到了双曲线微带巴伦和天线的辐射层之间，进而实现超宽带天线的阻抗匹配，同时简化了匹配电路的结构。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种用于低剖面超宽带阵列天线的阻抗匹配方法。

背景技术

近年来，随着超宽带相控阵雷达和无线通信系统的发展，具有宽频带，宽角度扫面，低剖面，低交叉极化以及高增益的相控阵阵列天线越来越成为当前研究的热点。传统超宽带阵列天线的设计方法是设计具有宽带特性的天线单元，然后将其组阵。然而由于阵列单元之间的互耦效应，其宽带特性会恶化很多。为了解决超宽带阵列天线设计的问题，全新的超宽带天线设计理念被提出，称之为紧耦合阵列。紧耦合阵列利用阵列元素之间的相互耦合去抵消天线与地板之间电感的影响，而不是去调整或者抑制地平面之间的反射。这种设计方法标志着宽带阵列天线设计的革命性突破。尽管紧耦合阵列天线有许多理想的特性，但需要实施，还需要解决一些关键的挑战，首当其冲的是为了有效实现阵列的带宽，要求一个具有同等带宽的匹配网络，实现阻抗变换和平衡到非平衡端的转换过程。

为了推动紧耦合超宽带阵列天线的发展，各种不同的馈电方法被提出，如商用的无源巴伦，通常带宽不宽，且比较厚重，昂贵。而有源巴伦通常只适合接收系统，应用范围不广，有些匹配电路为了宽带最大化，必须在地平面以下使用厚重的外部巴伦和180度混频器，增加了阵列天线的整体积和费用，集成Marchand巴伦的紧耦合超宽带阵列天线(TCDA-IB)在没有使用厚重的外部巴伦的情况下实现了较大的带宽，但是匹配电路使用了复杂的多层结构，利用多个过孔来连接不同的线层，因此加工比较复杂。

然而超宽带阵列天线，频带宽，阻抗跨度大，频率较高，窄带的以及集总电路的匹配方法不适用于宽带天线的阻抗匹配。为了适应宽带天线的发展，研究者们相继提出了一些用于超宽带天线阻抗匹配的方法，然而有些限制于加工的工艺难度，如需要进行多层结构设计，或者需要添加额外的厚重的180°混频器而得不到广泛使用，为了解决低剖面超宽带阵列天线阻抗匹配的问题，实现超宽带阵列天线的快速发展，我们需要一种新的低剖面超宽带阵列天线的阻抗匹配方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明运用双曲线微带巴伦串联开路线与天线辐射层直接耦合进行匹配，将阵列单元的一臂同时作为辐射层和开路线的地，在不添加其他介质层的情况下将开路线集成到了匹配电路中，保持了阵列天线单元紧凑，小体积，低费用的特点。同时由于双曲线微带巴伦特殊的结构，在实现阻抗变化的同时可以实现平衡-非平衡之间的转换，理论上双曲线微带巴伦可以实现任意两个阻抗之间的阻抗变换，可用于较宽频带内的阻抗匹配。

本发明的技术方案为一种用于低剖面超宽带阵列天线的阻抗匹配方法，包括双曲线微带巴伦、辐射层、开路线和同轴线，方法包括：将双曲线微带巴伦的平衡端的一臂与开路线进行串联，开路线与辐射层直接耦合，双曲线微带巴伦的平衡端的另一臂与辐射层通过金属化过孔连接，双曲线微带巴伦的非平衡端与同轴线焊接，同轴线经双曲线微带巴伦对天线进行馈电。

优选地，所述双曲线微带巴伦的平衡端的一臂串联开路线，再与辐射层直接耦合，形成阻抗匹配电路。

优选地，所述开路线与辐射层共用同一层介质板。

优选地，所述开路线与辐射层为电磁耦合连接。

优选地，所述双曲线微带巴伦为曲线结构。

本发明的有益效果至少包括以下：

1、宽带匹配电路简单，由双曲线微带巴伦串联开路线构成，没有用到复杂的匹配电路；