[发明专利]一种薄型双极化超宽带宽角扫描阵列天线

说明书

现有技术中的紧耦合天线单元间距往往较为紧凑，而有限的尺寸不仅增加了后端组件的设计难度，还会导致通道数增多，系统成本上升。本发明提出了一种薄型双极化超宽带宽角扫描阵列天线，包括反射板和设置于所述反射板上表面的多个天线单元；每个天线单元包括两个正交的平面偶极子、耦合贴片、介质板和馈电装置；其中耦合贴片位于偶极子交汇处上方，用于增强单元间耦合电容以拓展带宽；馈电装置包含两个独立的外导体、绝缘子和内导体，为天线提供超宽带信号并抑制大单元间距下的驻波不良谐振。本发明的阵列天线可实现双极化超宽带宽角扫描电性能，薄型和平面化特征利于集成共形，大单元间距能有效降低系统成本，适用于多功能雷达系统。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种薄型双极化超宽带宽角扫描阵列天线。

背景技术

面对快速增长的通信系统高数据率传输需求和日益复杂化的雷达探测与成像应用，现代无线电子系统越来越要求其搭载的相控阵天线更为集成化和多功能化，使用单个或极少数的阵列完成覆盖多极化宽频段的信号的发射和接收成为相控阵天线的未来发展趋势。除了多极化、超宽带的电性能需求，许多载体平台往往还希望相控阵天线实现平面结构并具备较低的剖面高度，以有效降低平台天线的突出或外露部分，并适应其气动性能。在相控阵雷达设计中，组件往往占据高昂的成本费用，因此，为了减少相控阵天线的有源通道数量、降低成本，在满足不出现扫描栅瓣的前提条件下，最大程度地增大阵列单元间距也是相控阵天线设计中的重要指标。

现有技术中，常见的宽带相控阵天线主要有槽线天线、贴片天线和紧耦合偶极子天线等形式。其中，紧耦合偶极子天线因其宽带和低剖面特点近年来备受行业的重视。对于紧耦合天线阵，整个阵列可等效看作是连续均匀的电流面，所有单元协同工作，利用它们之间的电容耦合效应实现整个阵列的超宽带性能。出于节约成本、方便集成等目的，现有的紧耦合偶极子天线通常采用非平衡馈电装置。对于这种馈电装置，差模电流和共模电流是并存的，一旦单元间接地导体的距离达到半波长就会引发共模谐振，从而使天线无法正常工作。因此，现有的紧耦合天线单元间距往往较为紧凑，而有限的尺寸不仅增加了后端组件的设计难度，还会导致通道数增多，系统成本上升。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种薄型双极化超宽带宽角扫描阵列天线，可实现双极化超宽带宽角扫描电性能，薄型和平面化特征利于集成共形，大单元间距能有效降低系统成本，适用于多功能雷达系统。

阵列天线包括反射板1和天线单元，天线单元按照矩形栅格周期排布于反射板1上，天线单元包括两个相同且正交的偶极子2、介质板3、耦合贴片4和馈电装置；其中，馈电装置包括外导体一5、外导体二6、绝缘子7和内导体8，馈电装置下方接入阻抗为50欧姆的标准同轴线9。

相邻的天线单元成L型位置关系，四个相邻的天线单元构成十字型结构，偶极子2印制于介质板3的下表面，介质板3的上表面印制有耦合贴片4，耦合贴片4位于相邻四个相邻天线单元交汇处的正上方，对相邻天线单元中的四个相邻偶极子皆有覆盖。

馈电装置的外导体一5和外导体二6为空心半圆柱形态，相互独立且轴心相对，外导体一5的直径大于外导体二6的直径，外导体一5和外导体二6的上端分别与对应的偶极子2焊接，下端与反射板1焊接，绝缘子7在外导体一5和外导体二6之间；内导体8为三段式结构，嵌在绝缘子7的内部，第一段与标准同轴线9相接并与外导体一5平行，第二段与偶极子2平行，第三段为开路，与外导体二6平行。

进一步地，反射板1采用轻量化铝材制成。

进一步地，偶极子2为梭形形状。

进一步地，介质板3采用介电常数为2.94的Arlon CLTE-XT高频板，厚度为0.05λ_h。

进一步地，耦合贴片4直径为0.3λ_h。