本實(shí)用新型涉及微波無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種超寬帶強(qiáng)耦合陣列天線。
背景技術(shù)：
：隨著無線通信技術(shù)的而快速發(fā)展，對各種天線提出了越來越高的要求。一方面，室內(nèi)高速無線數(shù)據(jù)接入技術(shù)的興起對超寬頻帶天線提出了廣泛需求，另一方面，由于超寬帶通信系統(tǒng)的工作的工作頻段范圍內(nèi)，還存在諸如無線局域網(wǎng)、全球微波互聯(lián)接入通信系統(tǒng)，為了降低不同通信系統(tǒng)之間的相互干擾，寬帶相控陣天線得到了越來越多的應(yīng)用?，F(xiàn)代相控陣天線是利用電子系統(tǒng)控制天線陣列中各個單元的饋電幅度、相位，以使陣列主瓣波束具有空間掃描特性。當(dāng)陣列工作頻帶較寬，同時可以進(jìn)行寬角域掃描時，就構(gòu)成了寬帶相控陣天線。相比較于旋轉(zhuǎn)或者上下移動陣面的傳統(tǒng)機(jī)械掃描方式的天線，相控陣天線具有反應(yīng)時間短和可靠性高等諸多優(yōu)勢。但是，傳統(tǒng)寬帶相控陣天線的工作寬帶受到三方面的限制：(1)周期排布的陣列天線，為了在大角度掃描時避免柵瓣出現(xiàn)，單元間距一般不能大于最高工作頻率的半個波長，這就限定了天線單元的最大橫向尺寸，也就是說，在單元間距確定的情況下，限定了天線陣的最高工作頻率；(2)理論上，具有自相似結(jié)構(gòu)的非頻變天線具有無限寬帶，但是受單元尺寸和饋電結(jié)構(gòu)限制，能實(shí)現(xiàn)的阻抗寬帶也是有限的，特別是陣列環(huán)境下，天線單元的橫向尺寸受限，也就限定了單元天線的最低工作頻率；(3)陣列天線為了實(shí)現(xiàn)定向輻射，提高增益，都需要在天線陣的底部加裝接地板，當(dāng)天線單元距離接地板為其工作頻率的1/4波長時，激勵電流與鏡像電流同相疊加，但當(dāng)距離接地板為半個波長時，激勵電流與鏡像電流反相抵消，就不能實(shí)現(xiàn)有效輻射，因此接地板成為限制陣列天線工作寬帶的另一個重要因素。綜上，傳統(tǒng)陣列的天線寬帶非常有限，一般不超過6個倍頻程，而現(xiàn)有的相控陣天線均沒有解決這個問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于提供一種超寬帶強(qiáng)耦合陣列天線，能夠突破柵瓣條件、單元尺寸及金屬接地板對陣列性能的限制，使陣列天線能夠在更寬頻范圍內(nèi)正常工作，滿足不同平臺及不同任務(wù)的功能需求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種超寬帶強(qiáng)耦合陣列天線，包括若干個呈陣列排列的天線單元，每個天線單元均包括用于調(diào)整天線諧振頻率的偶極子天線陣元、用于變換阻抗和轉(zhuǎn)換阻抗的漸變線巴倫變換器及用于抑制反射波的電阻型頻率選擇表面，所述偶極子天線陣元采用領(lǐng)結(jié)形短偶極子天線，相鄰的兩個偶極子天線陣元的振子臂部分重疊，所述電阻型頻率選擇表面設(shè)置于偶極子天線的下方，電阻型頻率選擇表面為方環(huán)形，漸變線巴倫變換器設(shè)置于偶極子天線陣列的下方，且漸變線巴倫變換器穿過電阻型頻率選擇表面，漸變線巴倫變換器的輸出端與偶極子天線的端口相連，所述每個天線單元中的偶極子天線陣元、每個天線單元中的漸變線巴倫變換器及每個天線單元中的電阻型頻率選擇表面均位于同一水平面上；所述天線單元的下方還設(shè)置有用于壓制天線后向輻射的金屬接地板。優(yōu)選地，所述漸變線巴倫變換器的形狀沿與天線相反的方向呈指數(shù)型漸變，且漸變線巴倫變換器較寬的一端連接饋電端口，交窄的一端連接偶極子天線陣元。優(yōu)選地，所述漸變線巴倫變換器采用介質(zhì)板的介電常數(shù)為2.2，厚度為0.5mm的漸變線巴倫變換器。優(yōu)選地，所述金屬接地板的長度為60mm，且金屬接地板與偶極子天線陣元之間的距離為46.5mm。優(yōu)選地，所述偶極子天線陣元的上方還設(shè)置有用于改善陣列寬角掃描特性的介質(zhì)罩。優(yōu)選地，所述介質(zhì)罩采用介電常數(shù)為2，厚度為12.3mm的介質(zhì)罩。本實(shí)用新型具有如下有益效果：(1)相控陣天線采用領(lǐng)結(jié)形短偶極子天線，利用陣子臂之間的寄生電容來調(diào)整天線的諧振頻率，能夠降低諧振頻率，使得整個陣列天線能夠在寬頻范圍內(nèi)正常工作，滿足平臺不同任務(wù)的功能需求；(2)天線單元的下方設(shè)置有金屬接地板，能夠壓制天線的后向輻射，提高陣列的前向輻射效率；(3)偶極子天線的下方設(shè)置有電阻型頻率選擇表面，能夠在很寬的頻率范圍內(nèi)抑制來自接地板的反射，從而改善偶極子天線于金屬接地板之間的傳輸特性，避免金屬接地板的封校阻抗經(jīng)過零點(diǎn)，進(jìn)一步拓展寬帶；(4)偶極子天線陣元的上方還設(shè)置有介質(zhì)罩，能夠改善陣列天線的寬角匹配特性，使得陣列天線的傳輸特性更加穩(wěn)定。本實(shí)用新型基于各個天線單元間的強(qiáng)耦合效應(yīng)，采取金屬接地板及電阻型頻率選擇表面加載技術(shù)以改善天線阻抗寬帶，具有18:1的超寬工作頻帶和±45°的寬角掃描能力，通過精確控制陣列單元的幅度和相位，實(shí)現(xiàn)空間波束掃描，在不影響相控陣天線正常工作的情況下，使得天線陣列的工作頻段更寬，能夠滿足多種復(fù)雜任務(wù)的應(yīng)用需求，且降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計難度，大大地降低了制造成本。附圖說明圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的俯視圖；圖3為本實(shí)用新型所述天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型所述偶極子天線陣元的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其他所有實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”、“前”及“后”指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位和位置關(guān)系，僅僅是為了便于描述本實(shí)用新型的內(nèi)容，而不是暗示所指的元件必須按照特定的方位設(shè)置，因此不能理解為對本實(shí)用新型的限制。此外，在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”及“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是直接連接，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，可以視具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。如圖1至圖3所示，本實(shí)用新型包括若干個呈陣列排列的天線單元，每個天線單元均包括用于調(diào)整天線諧振頻率的偶極子天線陣元5、用于變換阻抗和轉(zhuǎn)換阻抗的漸變線巴倫變換器4及用于抑制反射波的電阻型頻率選擇表面2，電阻型頻率選擇表面2設(shè)置于偶極子天線陣元5的下方，漸變線巴倫變換器4設(shè)置于偶極子天線陣元5的下方，且漸變線巴倫變換器4穿過電阻型頻率選擇表面2，漸變線巴倫變換器4的輸出端與偶極子天線陣元5的端口相連。在本實(shí)施例中，天線單元采用16*16陣列排列，每個天線單元中的偶極子天線陣元5均采用領(lǐng)結(jié)形短偶極子天線，領(lǐng)結(jié)形短偶極子天線的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述，相鄰的兩個偶極子天線陣元5的振子臂部分重疊，本實(shí)施例中，偶極子天線陣元5及偶極子天線單元的參數(shù)如表1所示，表1參數(shù)符號數(shù)值臂寬Lx20mm全臂長Ly24mm端口長度fw1.4mm端口寬度fh1mm輸入阻抗Zfeed100Ω后臂長s3.65mm陣子臂重疊長度t1.5mm如圖4所示，臂寬Lx表示偶極子天線陣元5的陣子臂的寬度，全臂長Ly表示偶極子天線陣元5的陣子臂的長度，端口長度fw表示偶極子天線陣元5的端口的長度，端口寬度fh表示偶極子天線陣元5的端口的寬度，陣子臂重疊t長度表示相鄰的兩個偶極子天線陣元5的陣子臂重疊部分的長度，后臂長s表示領(lǐng)結(jié)形端部的長度(包括相鄰的兩個偶極子天線陣元5的重疊部分)，Zfeed表示偶極子天線陣余案5的輸入阻抗。漸變線巴倫變換器4采用介質(zhì)板的介電常數(shù)為2.2，厚度為0.5mm的漸變線巴倫變換器，漸變線巴倫變換器4的形狀沿與偶極子天線陣元5相反的方向呈指數(shù)漸變，且漸變線巴倫變換器4較寬的一端連接饋電端口，較窄的一端連接偶極子天線陣元5。漸變線巴倫變換器4用于實(shí)現(xiàn)70Ω到100Ω的阻抗變換，漸變線巴倫變換器4還用于實(shí)現(xiàn)微帶從不平衡饋電到平行雙線的平衡饋電過渡。電阻型頻率選擇表面2為方環(huán)形，電阻型頻率選擇表面用于在很寬的頻率范圍內(nèi)抑制來自接地板的反射，從而改善偶極子天線于金屬接地板之間的傳輸特性，在本實(shí)施例中，為了更好地改善信號的傳輸特性，電阻型頻率選擇表面2的寬度為2mm，電阻型頻率選擇表面與偶極子天線陣元的距離為13mm。偶極子天線陣元5的下方還設(shè)置有用于壓制天線后向輻射的金屬接地板3，金屬接地板3與偶極子天線陣元5之間的距離為46.5mm。金屬接地板3用于壓制天線的后向輻射，提高陣列的前向輻射效率。偶極子天線陣元5的上方還設(shè)置有用于改善陣列寬角掃描特性的介質(zhì)罩1，介質(zhì)罩1采用介電常數(shù)為2，厚度為12.3mm的介質(zhì)罩。本實(shí)用新型在工作時，首先將微波信號經(jīng)饋電端口發(fā)送至漸變線巴倫變換器4，由漸變線巴倫變換器4對微波進(jìn)行阻抗變換，并將微波信號發(fā)送至偶極子天線陣元5，信號在偶極子天線陣元5放入表面激勵起感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生輻射，將微波信號發(fā)送出去，在此過程中，設(shè)置于偶極子天線陣元5上方的介質(zhì)罩1能夠改善陣列的寬角掃描特性，金屬接地板3能夠壓制天線后向輻射，并提高陣列的前向輻射效率，電阻型頻率選擇表面2能夠改善偶極子天線陣元5與金屬接地板3之間的傳輸特性，使得陣列可以在較寬的頻率范圍內(nèi)工作。偶極子天線陣元5的饋電幅度和相位由系統(tǒng)的控制器控制，通過對偶極子天線陣元5的幅度和相位調(diào)整，使得天線陣列能夠?qū)崿F(xiàn)大角度空域掃描。本實(shí)用新型能夠突破柵瓣條件、單元尺寸及金屬接地板對陣列性能的限制，使陣列天線能夠在更寬頻范圍內(nèi)正常工作，滿足不同平臺及不同任務(wù)的功能需求。當(dāng)前第1頁1 2 3