[发明专利]一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线

说明书

本发明公开了一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，以与紧耦合电偶极子相对偶的槽天线作为阵列单元，在六边形腔体内壁加载铁氧体电磁带隙结构，实现低剖面以布置于腔体内，并改善有源驻波。采用双曲微带巴伦，在宽带范围内解决平衡馈电。本发明首次提出VHF/UHF频段机载全向与可切换多波束一体化天线。阵列共6单元，可切换工作单元实现更改最大增益方向，当6单元等幅同相馈电时方向图接近水平全向；单独对相邻2单元馈电实现特定方向波束。本发明6单元等幅同相馈电时在fL‑4fL频段内有源驻波小于3，相邻2单元等幅同相馈电时在fL‑5fL频段内(除个别频点外)有源驻波小于3。剖面高度为0.095低频波长，腔体最大直径为0.5低频波长，腔体侧壁倾斜20°。

技术领域

本发明属于天线工程技术领域，涉及到一种铁氧体EBG加载埋腔型紧耦合超宽带阵列天线，具体来说是一种由紧耦合槽天线相连成环构成的，可整体埋入金属腔体的，腔体内加载铁氧体材料与人工电磁带隙结构的，可切换最大辐射方向的应用于机载平台的天线阵列。

背景技术

现代机载通信系统离不开天线，传统用于机载VHF/UHF频段的天线主要有线天线和马刀天线，这两种类型天线由于外形凸起，对飞机的空气动力学影响很大。未来良好性能的机载天线应该包含以下几种特点：第一，波束覆盖范围大且扫描盲区小；第二，天线应减小对飞行器空气动力学性能的影响，包括体积、重量、形状等因素；第三，天线工作带宽大，尽可能用同一副天线实现更多应用功能。由此可见，机载天线的设计实际上需要综合多方面考虑，追求现有技术下天线的极致性能

针对以上提出的设计特点，目前机载埋腔天线主要的解决方式有：1)单极子天线及其变形埋腔；2)Vivaldi天线阵列埋腔；3)强耦合阵列埋腔。单极子天线由于应用了镜像原理，天线的剖面高度可以大大降低，以实现垂直极化埋腔，但单极子产生的辐射方向图较为固定，无法根据应用需要切换波束。Vivaldi天线阵列可以做到小尺寸大带宽，同时利于相控阵，但提供的是电场水平极化。强耦合阵列基于天线单元间的强互耦效应，可以做到小型化宽频带，但传统的电偶极子强耦合阵列仍是水平极化。实际工程设计之中，对于独立于腔体之外的全向天线设计取得了很多良好的结果，但一旦放入腔体之中天线性能会剧烈恶化，因此必须从设计开始就考虑腔体效应带来的影响。

2016年，文献“Cavity-backed Vivaldi array antenna”报道了一种Vivaldi埋腔阵列，实现了在2～7GHz带宽上4dB增益，且腔体的横向尺寸较小利于小型化安装，但并未实现垂直极化水平全向的辐射波束。2020年，文献“Compact Cavity-Backed Discone Arrayfor Conformal Omnidirectional Antenna Applications”提出一种基于盘锥阵列的全向埋腔型天线，其腔体直径为0.69个低频波长，腔体深度为0.19个低频波长。但其工作带宽较窄，只有960MHz～1215MHz的23％相对带宽，同时无法切换工作波束。文献“一种低剖面宽带垂直极化全向天线设计”提出了一种中心馈电的圆形贴片外加载耦合圆环结构的垂直极化全向天线，该天线剖面极低只有0.032低频波长，但工作带宽仍很窄，仅为5.43GHz～6.61GHz的17.6％，且并没有做埋腔分析。

在专利108631069A中，发明人提出了一种可整体埋腔的超宽带垂直极化端射式相控阵。这一发明可在相对带宽大于100％的工作频段内，实现具有波束指向为端射的远场方向，剖面高度仅为0.051个低频波长，但是没有实现全向辐射，扫描只能到方位面45°。在专利114865293A中，发明人提出了一种匹配电路加载埋腔型超宽带水平全向天线，通过采用变形的环形天线，即不同尺寸的圆环和圆形辐射贴片，分别主要负责在高频和低频时进行辐射，将垂直极化水平全向的工作带宽拓展到了4:1，并且剖面高度仅有0.055个低频波长，腔体最大直径为0.33个低频波长。不足之处在于固定波束，无法切换最大辐射方向。