[发明专利]一种超宽带斜45度极化紧耦合阵列天线

说明书

本发明公开了一种超宽带斜45度极化紧耦合阵列天线，主要解决现有技术天线频带较窄的问题。其包括多个周期性排布的天线阵元，每个天线阵元由正交放置的水平极化和垂直极化偶极子天线组成，偶极子天线包括辐射单元及馈电单元，辐射单元包括介质板(1)、频率选择表面(2)、偶极子辐射片(3)、短路枝节(4)，偶极子辐射片位于介质板两侧，短路枝节位于偶极子辐射片与地板中间；馈电单元包括馈电巴伦(6)、功分器(7)和地板(8)，该馈电巴伦采用指数渐变巴伦，其包括微带馈线和指数渐变接地板，微带馈线采用固定特性阻抗，且上端与偶极子辐射片连接，下端与一分二的T型功分器连接。本发明结构简单、频带宽，可用于通信系统发射前端。

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种超宽带斜45度极化紧耦合阵列天线，可用于通信系统发射前端。

背景技术

现代无线通信技术正在飞快发展，天线作为无线系统的收发设备，是通信系统中不可缺少的一部分。随着MIMO、5G和6G技术的进步和成熟，对天线也提出了更高的要求，即宽频带、低剖面、小型化。传统阵列天线很难实现这些更高的要求，因而超宽带天线逐渐成为天线领域的研究热点。最初由Wheeler教授在1965年首次提出的紧耦合天线是利用天线单元之间的互耦来实现超宽带，其具有频带宽、易小型化、易共型、易集成的优点被广泛应用。此外，紧耦合天线还可以结合多极化技术、电磁超材料和宽带巴伦技术组成超宽带天线阵列。

将天线单元按设定的排列方式进行组阵，可以得到更高的增益、更强的方向性、更宽的扫描角度以及更小的副瓣。传统的弱耦合天线在组阵时必须要考虑天线阵元的栅瓣和互耦等问题。为了避免天线阵列出现较大的栅瓣，通常要减小天线阵元之间的距离，然而当天线阵元之间的距离过小时，天线阵元之间的互耦就会加强，通常采用在天线阵子之间加隔板或其他方法来减小天线之间的互耦，但这样会使天线阵列的结构变复杂，增加设计难度和加工成本、不易于阵列天线的集成。紧耦合天线利用天线之间的互耦，通过在两个阵子之间的耦合形成耦合电容，抵消偶极子在低频部分形成的电抗，拓展天线工作的频率，实现超宽带。由紧耦合天线组阵形成的天线阵列可以从根本上避免互耦的问题。研究紧耦合天线以及紧耦合阵列，对于促进超宽带天线和超宽带阵列的发展具有重要意义。

申请号为202010576714.2的专利文献公开了一种超宽带紧耦合天线阵列及天线设备，该天线阵列由多个天线阵元排列组合形成，每个天线阵元由辐射单元和馈电单元组成如图1所示，其辐射单元由辐射片、耦合开关和反射地板构成。耦合开关为开关二极管，当耦合开关联通时，天线阵列工作于紧耦合天线阵列模式，当耦合开关断开时，天线阵列工作于印刷偶极子阵列模式。馈电单元包括巴伦馈电线和同轴馈线，巴伦馈电线采用梯形渐变线结构，对其上端连接的天线辐射片和下端连接的同轴馈线进行馈电。由于梯形渐变线结构巴伦在馈电时需要进行阻抗变换，会影响巴伦的工作带宽，进而影响天线的工作带宽，使得该紧耦合天线阵列的工作带宽较窄，即在紧耦合阵列工作方式下工作带宽为1.5-10.1GHz，在印刷偶极子阵列工作方式下带宽为13.6-18.7GHz。

申请号为202110584756.5的专利文献提出低剖面宽带宽角扫描紧耦合天线单元及阵列，如图2所示。其采用加载V型开口环和介质匹配层结构，实现低剖面和宽角度扫描。天线单元包括V型开口环、介质匹配层、天线辐射片、超宽带巴伦和反射地板。反射地板会对天线的输入阻抗产生感抗，引入介质匹配层产生的容抗可以抵消反射地板产生的感抗。该天线阵列通过减小介质匹配层的厚度实现低剖面，但减小介质匹配层的厚度削弱了对反射地板产生感抗的抵消作用，为了加强反射地板产生感抗的抵消作用，又引入会产生容抗的V型开口环进行电容补偿加载。结构复杂，且由于V型开口环、介质匹配层、天线辐射片、超宽带巴伦之间无法形成很好的匹配，使得天线的工作带宽仅三个倍频程，即为6-18GHz，不能满足多功能通信系统需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超宽带斜45度极化紧耦合阵列天线，以展宽天线频带，提高天线稳定性、并简化天线结构，便于加工。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：