[发明专利]低剖面双极化强耦合超宽带全机翼共形偶极子相控阵天线

说明书

本发明公开了一种低剖面双极化强耦合超宽带全机翼共形偶极子相控阵天线，包括：两层轻薄易弯折的上层介质基板和下层介质基板，打印于所述下层介质基板的十字交叉三角形的偶极子辐射单元，打印于偶极子辐射单元背面的三角形金属寄生贴片；打印于所述下层介质基板的周期分布的双开口金属谐振环，中部弯曲成抛物面形状的铝制金属地板，直插于偶极子天线辐射单元和地板之间的天线馈电巴伦；本发明在长0.33个低频波长，宽0.16个低频波长，高0.24倍低频波长为周期的抛物线表面内布置了每个极化方式4个、共8个辐射单元，在五个倍频内实现了较高的增益和较为理想的方向图。

技术领域

本发明属于天线工程技术、无限通信技术领域，具体涉及一种基于强互耦效应的超宽带低剖面宽角扫描全机翼共形相控阵天线。

背景技术

随着现代军事技术的日渐发展，雷达电子系统的设计需求越来越复杂多样，例如快速多变的波束指向，高精度波束扫描能力等。在这种前提下，传统的机械扫描相控阵显然无法满足这种波束指向快速切换的需求，而通过改变各天线单元馈电相位来实现波束指向变化的相控阵天线，是雷达探测技术实现的关键部分。现代军事系统往往要求相控阵天线实现远距离高分辨率成像，信息高速传输和稳定的干扰及抗干扰能力。因此能够工作在多个倍频的超宽带相控阵天线，正成为天线研究领域的热点之一。

传统的超宽带相控阵设计，是从孤立的天线单元出发，忽略阵列单元之间的耦合，先设计出单个的具有超宽带工作特性的天线单元，再将其在阵列环境下组阵。这种超宽带天线单元设计，往往选取的是非频变天线结构，具有较大的物理尺寸，在组阵时，为了减小单元之间的耦合给阵列工作带宽带来的影响，通常需要在一定程度上增大阵元间距。然而考虑到栅瓣抑制条件的限制，大单元间距将带来大扫描角度下栅瓣的出现，从而限制了天线宽角扫描能力。这类传统超宽带相控阵，往往都具有体积大，结构复杂，难以共形等缺陷。而强互耦相控阵天线利用单元之间的耦合效应形成连续电流，以拓展天线的低频工作带宽，增大天线波束扫描范围。近年来的研究表明，强互耦超宽带相控阵具有单元小型化，剖面较低，整体平面结构和散射较低等优势，和传统天线阵相比，其在低散射载体平台和高速飞行器上的应用前景更加广阔。

随着现代通信的发展，通信设备集成度越来越高，工作频带要求越来越宽，天线也面临着更加严峻的考验。在飞行载体平台上，高速移动载体需要安装的不同通信功能的天线已经达到数十个，尤其是军用机载平台，导航、通信、火控等功能都要求性能稳定的天线来支撑，而载体空间有限的情况下，许多天线采用外露式，影响机体气动性能，过多的天线也可能在装配位置上发生冲突。对于上述情况，共形天线有着独特的优势。共形天线剖面低，可以与各种形式的载体共形设计并成为其表面结构的一部分，对飞行器气动性能不产生影响；与机体曲面相配合，更容易形成波束的全向覆盖；在充分利用空间的同时雷达散射截面(RCS) 更小等等。现今已经成为机载天线的一个重要发展趋势。

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5个倍频程内在偶极子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。

在专利号为CN110085975A的中国专利中，发明人提出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，它在五个倍频内实现了组阵方向的±45°扫描。但是该天线一个周期内只布置了两个辐射单元，整体增益较低，且只能实现单线极化辐射，应用场合受到了较大限制。

在专利号为CN112038753A的中国专利中，发明人提出了一款薄型机翼共形双极化强耦合超宽带偶极子相控阵，该天线阵采用了十字交叉型的偶极子辐射单元实现了双极化，但是该天线的辐射单元只分布于机翼的一面，在实际应用中天线波束无法覆盖机翼另一面所在的半空间，存在一定的局限性。