CN110380195A - 一种2-18GHz超宽带阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本申请属于微波天线技术领域，特别涉及一种2‑18GHz超宽带阵列天线。包括多个呈周期性排布的天线单元，所述天线单元包括：介质基板、金属覆层。所述介质基板内部设置有带状线馈线，所述介质基板上开设有第一空心腔体；金属覆层包括两层，两层所述金属覆层分别覆盖在所述介质基板的两侧，所述金属覆层开设有与所述第一空心腔体相匹配的第二空心腔体，所述金属覆层的所述第二空心腔体上方开设有矩形匹配槽，所述矩形匹配槽上方开设有双曲线匹配槽，与所述双曲线匹配槽相匹配的所述介质基板上设置有呈周期性排布的金属小贴片。本申请通过合理设计天线槽口的开口方式，金属小贴片周期结构以实现超宽频带内的阻抗匹配。

Description

一种2-18GHz超宽带阵列天线
技术领域
本申请属于微波天线技术领域，特别涉及一种2-18GHz超宽带阵列天线。
背景技术
新一代雷达系统逐步呈现出向多功能综合射频系统方向发展的趋势，该系统要求一套天线系统能够完成雷达、通信、导航、电子反对抗等多项功能，这就要求雷达天线具有宽频带工作、大空域覆盖、宽角度扫描等特点。超宽带阵列天线的研制对提高现代雷达的性能具有非常重要的意义。
现有的宽带阵列一般只覆盖一个波段到两个波段，2到3个频程，带宽不够宽，现有宽带阵列天线很难在4个波段、9倍频程的宽频带内实现良好阻抗匹配，设计超宽带阵列天线还必须同时兼顾如何减小频率低端的互耦效应(需要增大间距)以及避免频率高端的扫描栅瓣(需要减小间距)的矛盾，微带相控阵天线单元之间还会由于接地的介质板激励起表面波出现互耦，形成扫描盲点，且该盲点出现在栅瓣之前，宽频带阻抗匹配和盲点效应是设计宽带相控阵天线的关键问题。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种2-18GHz超宽带阵列天线，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种2-18GHz超宽带阵列天线，包括多个呈周期性排布的天线单元，所述天线单元包括：
介质基板，所述介质基板内部设置有带状线馈线，所述介质基板上开设有第一空心腔体；
金属覆层，包括两层，两层所述金属覆层分别覆盖在所述介质基板的两侧，所述金属覆层开设有与所述第一空心腔体相匹配的第二空心腔体，所述金属覆层的所述第二空心腔体上方开设有矩形匹配槽，所述矩形匹配槽上方开设有双曲线匹配槽，与所述双曲线匹配槽相匹配的所述介质基板上设置有呈周期性排布的金属小贴片。
可选地，所述介质基板包括两层，两层所述介质基板贴合设置，两层所述介质基板之间设置所述带状线馈线。
可选地，所述第一空心腔体和所述第二空心腔体呈圆形。
可选地，所述第一空心腔体和所述第二空心腔体的半径为1.58mm。
可选地，所述带状线馈线呈渐变结构，跨过所述矩形匹配槽，所述带状线馈线初始部位的特性阻抗为50Ω。
可选地，所述天线单元的高度为65mm。
可选地，所述双曲线匹配槽的下槽口长为1mm，上槽口长为6.7mm。
可选地，所述金属小贴片呈菱形周期排布。
可选地，所述金属小贴片呈圆形，半径为0.3mm，所述菱形的长对角线为3mm，短对角线为2mm。
可选地，两个相邻所述天线单元之间设置有吸波材料，所述吸波材料的厚度为6mm。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的2-18GHz超宽带阵列天线，通过合理设计天线槽口的开口方式，金属小贴片周期结构以实现超宽频带内的阻抗匹配，该天线包含S、C、X、Ku四个波段，具有9倍频程的超宽频带。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的2-18GHz超宽带阵列天线示意图；
图2是本申请一个实施方式的2-18GHz超宽带阵列天线的有源驻波比仿真曲线。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种2-18GHz超宽带阵列天线，包括多个呈周期性排布的天线单元，天线单元包括：介质基板1以及金属覆层2。
具体的，介质基板1内部设置有带状线馈线，介质基板1上开设有第一空心腔体；金属覆层2包括两层，两层金属覆层2分别覆盖在介质基板1的两侧，金属覆层2开设有与第一空心腔体相匹配的第二空心腔体，金属覆层2的第二空心腔体上方开设有矩形匹配槽，矩形匹配槽上方开设有双曲线匹配槽，与双曲线匹配槽相匹配的介质基板1上设置有呈周期性排布的金属小贴片3。
在本申请的一个实施方式中，介质基板1为Rogers5880制件，天线单元的高度H为65mm，介质基板1包括两层，两层介质基板1贴合设置，两层介质基板1之间设置带状线馈线。带状线馈线是一种渐变结构，横跨天线单元的矩形匹配槽，初始的特性阻抗为50Ω，以便与标准SMA接头匹配。
在本申请的一个实施方式中，第一空心腔体和第二空心腔体呈圆形，半径R1为1.58mm。金属覆层2按照如下公式画出双曲线匹配槽的开槽函数图形，双曲线匹配槽下槽口w1长为1mm，上槽口w2长为6.7mm。双曲线匹配槽下方是一段宽度不变的过渡矩形匹配槽，矩形匹配槽下方是半径为1.58mm的匹配空心腔体以获得良好匹配。
本实施例中，(y1，z1)(y2，z2)分别为槽线底端和顶端的两个端点，y1＝w2/2、y2＝w1/2、z1＝H、z2＝H1。
在本申请的一个实施方式中，金属小贴片3呈菱形周期排布，以改善天线的阻抗匹配特性，金属小贴片3呈圆形，半径为0.3mm，菱形的长对角线为3mm，短对角线为2mm。
本申请的2-18GHz超宽带阵列天线，选型和参数都是在HFSS周期边界条件下进行优化，天线单元采用矩形布阵，能够规避漏波模式场扫描盲点，在整个阵面的相邻天线单元之间填充吸波材料，以抑制表面波耦合，使得在出现栅瓣之前不会出现扫描盲点。本实施例中，吸波材料的介电常数为1.2、磁导率为2.7、介电常数模值为1.562、磁导率模值为2.879、厚度为6mm，这些参数均由matlab编程计算得出，并在HFSS仿真软件里进行过仿真验证，利用主从边界(Master/Slave)按照以上参数设计天线并构建无限大周期性阵列天线进行仿真，得出该阵列单元的驻波特性。图2为仿真结果的驻波特性，表明该天线单元在2-18GHz的9倍频程带宽内具有驻波小于3的工作特性。
本申请的2-18GHz超宽带阵列天线，通过精心双曲线设计天线槽口的开口方式和槽口内添加金属片周期结构以实现超宽频带内的阻抗匹配，并添加了用于吸收表面波的吸波材料，减小单元间耦合，设计出具有2-18GHz包含S、C、X、Ku四个波段，九倍频程的超宽频带相控阵天线阵列。该天线阵可以应用于超宽频带相控阵雷达天线阵列设计。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种2-18GHz超宽带阵列天线，包括多个呈周期性排布的天线单元，其特征在于，所述天线单元包括：
介质基板(1)，所述介质基板(1)内部设置有带状线馈线，所述介质基板(1)上开设有第一空心腔体；
金属覆层(2)，包括两层，两层所述金属覆层(2)分别覆盖在所述介质基板(1)的两侧，所述金属覆层(2)开设有与所述第一空心腔体相匹配的第二空心腔体，所述金属覆层(2)的所述第二空心腔体上方开设有矩形匹配槽，所述矩形匹配槽上方开设有双曲线匹配槽，与所述双曲线匹配槽相匹配的所述介质基板(1)上设置有呈周期性排布的金属小贴片(3)。
2.根据权利要求1所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述介质基板(1)包括两层，两层所述介质基板(1)贴合设置，两层所述介质基板(1)之间设置所述带状线馈线。
3.根据权利要求1所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述第一空心腔体和所述第二空心腔体呈圆形。
4.根据权利要求3所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述第一空心腔体和所述第二空心腔体的半径为1.58mm。
5.根据权利要求1所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述带状线馈线呈渐变结构，跨过所述矩形匹配槽，所述带状线馈线初始部位的特性阻抗为50Ω。
6.根据权利要求1所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述天线单元的高度为65mm。
7.根据权利要求1所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述双曲线匹配槽的下槽口长为1mm，上槽口长为6.7mm。
8.根据权利要求1所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述金属小贴片(3)呈菱形周期排布。
9.根据权利要求8所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，所述金属小贴片(3)呈圆形，半径为0.3mm，所述菱形的长对角线为3mm，短对角线为2mm。
10.根据权利要求1所述的2-18GHz超宽带阵列天线，其特征在于，两个相邻所述天线单元之间设置有吸波材料，所述吸波材料的厚度为6mm。
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