CN114927866A - 一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线 - Google Patents

一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线 Download PDF

Info

Publication number
CN114927866A
CN114927866A CN202210611683.9A CN202210611683A CN114927866A CN 114927866 A CN114927866 A CN 114927866A CN 202210611683 A CN202210611683 A CN 202210611683A CN 114927866 A CN114927866 A CN 114927866A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultra
wideband
array
unequal
vivaldi
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210611683.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114927866B (zh
Inventor
顾鹏飞
黄佰凡
何姿
刘启辉
丁大志
樊振宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN202210611683.9A priority Critical patent/CN114927866B/zh
Publication of CN114927866A publication Critical patent/CN114927866A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114927866B publication Critical patent/CN114927866B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公开了一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，它主要由超宽带Vivaldi天线辐射体、超宽带不等间隔功分器、金属地板组成；其中，超宽带Vivaldi天线辐射体由Vivaldi贴片、圆形耦合腔、馈电巴伦、电阻薄膜和介质基板构成。馈电巴伦和电阻薄膜在介质基板同侧，与Vivaldi贴片异侧；阵元与阵元之间使用金属连接板连接，并在阵列两端加载金属延长臂；超宽带不等间隔功分器由匹配支节与U形延长支节组成。本发明采用不等间隔方式对紧耦合阵列进行的紧耦合天线单元，相当于扩大了单元口径，所以相对于传统的稀布阵列而言，此稀布方法可以抬高阵列的增益；采用U形延长支节可以补偿馈电距离不同导致的相位差，实现不等间隔阵列的馈电网络设计。

Description

一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线
技术领域
本发明属于相控阵天线技术领域，具体涉及一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线。
背景技术
针对相控阵列天线的阵元排布问题，一般有两种方式，一种是等间隔阵列，另一种是不等间隔阵列。在紧耦合阵列天线中，由于其主要利用周围阵元的耦合拓展带宽，一旦改变阵元排布，无法保证阵列中每个阵元的工作性能，并且受到仿真效率的限制，故大多数人选择使用周期性阵列，只需研究中心阵元的辐射性能即可。
然而等间隔阵列受到栅瓣抑制条件的限制，即相邻阵元间的间距不能超过工作带宽内高频的半波长，否则就可能产生较高的栅瓣；另外，对超宽带天线而言，阵元尺寸使用高频波长的一半，直接导致低频增益很低，若想在低频处获得较大的增益，则必须增加阵元数目，也就需要更多的T/R组件，从而大大地增加了成本。
针对上述问题，可以考虑使用稀布阵。稀布阵是指利用优化算法求得一组在口径内最优的位置排布解，并将天线阵元按照最优解排列，与等间隔阵相比，稀布阵具有更高的自由度，可以显著降低副瓣电平，并且使用相同数量的阵元可以布局更大的阵列口径，从而在不增加T/R组件的前提下抬高低频增益，降低制作成本，简化系统复杂度。但在紧耦合阵列中，要求相邻阵元之间具有强耦合效应，并且需要保证电流片的连续性，故阵元之间无法隔断，即无法实现在口径内随机位置排布，这给稀布阵在紧耦合阵列中的应用增加了难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，主要由超宽带Vivaldi天线辐射体、超宽带不等间隔功分器和金属地板组成；其中，超宽带Vivaldi天线辐射体由Vivaldi贴片、圆形耦合腔、馈电巴伦、电阻薄膜和介质基板构成；馈电巴伦和电阻薄膜设置在介质基板前侧，Vivaldi贴片位于介质基板背侧；阵元与阵元之间使用金属连接板连接，并在阵列两端加载金属延长臂；超宽带不等间隔功分器由匹配支节与位于超宽带不等间隔功分器第三层末端的U形延长支节组成，所述U形延长支节用于调节输出端口的馈电相位。
进一步的，电阻薄膜放置于Vivaldi贴片开口正上方。
进一步的，介质基板采用Rogers 4003C微波基片加工而成。
进一步的，金属连接板宽度小于6mm，用于连接相邻的两个紧耦合阵元，实现紧耦合阵列的不等间隔排列。
进一步的，金属延长臂宽度为24mm。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用不等间隔方式对紧耦合阵列进行的紧耦合天线单元，相当于扩大了单元口径，所以相对于传统的稀布阵列而言，此稀布方法可以抬高阵列的增益。(2)采用U形延长支节可以补偿馈电距离不同导致的相位差，实现不等间隔阵列的馈电网络设计。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线的整体结构图。
图2是本发明的超宽带Vivaldi天线辐射体结构图。
图3是本发明紧耦合之间连接板示意图。
图4是本发明加载金属延长臂结构示意图。
图5是本发明不等间隔排列的紧耦合相控阵天线加载功分器示意图。
图6是本发明不等间隔排列的紧耦合相控阵天线下五个端口的有源驻波比结果图。
图7是本发明不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线在2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz、12GHz时E面仿真与实测方向图对比。
图8是本发明不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线在2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz、12GHz时H面仿真与实测方向图对比。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
结合图1～5，一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，包括三个部分，如图1所示，分别是超宽带Vivaldi天线辐射体1、超宽带不等间隔功分器2、金属地板3。天线单元口径为0.08λ，天线剖面高度为0.27λ，λ为2GHz对应空气波长。
其中，超宽带Vivaldi天线辐射体1由Vivaldi贴片4、圆形耦合腔5、馈电巴伦6、电阻薄膜7和介质基板8构成。馈电巴伦6和电阻薄膜7在介质基板8前侧，Vivaldi贴片4与圆形耦合腔5在介质基板8背侧。阵元与阵元之间使用金属连接板9连接，并在阵列两端加载宽度为24mm的金属延长臂10。超宽带不等间隔功分器2由匹配支节11与U形延长支节12组成。不等间隔排列优化，既能降低副瓣电平，还减少了T/R组件的使用。
图6是本发明不等间隔排列的紧耦合相控阵天线下五个端口的有源驻波比实测结果图。天线在工作频段2GHz～12GHz均小于2.5。
图7是本发明不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线在2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz、12GHz时E面仿真与实测方向图对比，通过测试的方向图可知：没有栅瓣和高电平的副瓣出现，各频点下，副瓣电平均小于-15dB。相比采用均匀排布的天线阵列，节省了40％阵元数量，且优于传统天线副瓣电平1.5dB。
图8是本发明不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线在2GHz、4GHz、6GHz、8GHz、10GHz、12GHz时H面仿真与实测方向图对比，通过测试的方向图可知：没有栅瓣和高电平的副瓣出现，各频点下，副瓣电平均小于-17dB。相比采用均匀排布的天线阵列，节省了40％阵元数量，且优于传统天线副瓣电平3.5dB。

Claims (5)

1.一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，其特征在于，主要由超宽带Vivaldi天线辐射体(1)、超宽带不等间隔功分器(2)和金属地板(3)组成；其中，超宽带Vivaldi天线辐射体(1)由Vivaldi贴片(4)、圆形耦合腔(5)、馈电巴伦(6)、电阻薄膜(7)和介质基板(8)构成；馈电巴伦(6)和电阻薄膜(7)设置在介质基板(8)同侧，与Vivaldi贴片(4)异侧；阵元与阵元之间使用金属连接板(9)连接，并在阵列两端加载金属延长臂(10)；超宽带不等间隔功分器(2)由匹配支节(11)与位于超宽带不等间隔功分器(2)第三层末端的U形延长支节(12)组成，所述U形延长支节(12)用于调节输出端口的馈电相位。
2.根据权利要求1所述的不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，其特征在于，所述电阻薄膜(7)放置于Vivaldi贴片(4)开口正上方。
3.根据权利要求1所述的不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，其特征在于，所述介质基板(8)采用Rogers 4003C微波基片加工而成。
4.根据权利要求1所述的不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，其特征在于，所述金属连接板(9)宽度小于6mm，用于连接相邻的两个紧耦合阵元，实现紧耦合阵列的不等间隔排列。
5.根据权利要求1所述的不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线，其特征在于，所述金属延长臂(10)宽度为24mm。
CN202210611683.9A 2022-05-31 2022-05-31 一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线 Active CN114927866B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210611683.9A CN114927866B (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210611683.9A CN114927866B (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114927866A true CN114927866A (zh) 2022-08-19
CN114927866B CN114927866B (zh) 2024-06-07

Family

ID=82812018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210611683.9A Active CN114927866B (zh) 2022-05-31 2022-05-31 一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114927866B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010100365A1 (fr) * 2009-03-05 2010-09-10 Thomson Licensing Procède de réalisation d'une antenne fonctionnant dans une bande de fréquences donnée a partir d'une antenne bi-bande
CN106025538A (zh) * 2016-07-29 2016-10-12 中国人民武装警察部队工程大学 电阻加载的小型化侧馈对趾Vivaldi天线
CN107645049A (zh) * 2017-08-16 2018-01-30 电子科技大学 一种超宽带平面相控阵天线及其波束扫描方法
CN108682953A (zh) * 2018-03-19 2018-10-19 南京理工大学 一种超宽带宽角紧耦合天线
CN109768379A (zh) * 2017-11-10 2019-05-17 南京理工大学 一种双线极化超宽带紧凑型天线
CN111370860A (zh) * 2020-03-10 2020-07-03 电子科技大学 基于交指形阻性表面加载的强耦合超宽带相控阵天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010100365A1 (fr) * 2009-03-05 2010-09-10 Thomson Licensing Procède de réalisation d'une antenne fonctionnant dans une bande de fréquences donnée a partir d'une antenne bi-bande
CN106025538A (zh) * 2016-07-29 2016-10-12 中国人民武装警察部队工程大学 电阻加载的小型化侧馈对趾Vivaldi天线
CN107645049A (zh) * 2017-08-16 2018-01-30 电子科技大学 一种超宽带平面相控阵天线及其波束扫描方法
CN109768379A (zh) * 2017-11-10 2019-05-17 南京理工大学 一种双线极化超宽带紧凑型天线
CN108682953A (zh) * 2018-03-19 2018-10-19 南京理工大学 一种超宽带宽角紧耦合天线
CN111370860A (zh) * 2020-03-10 2020-07-03 电子科技大学 基于交指形阻性表面加载的强耦合超宽带相控阵天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BAIFAN HUANG等: "UWB Tightly Coupled Array Optimization and Design of Unequal Power Divider", 2021 INTERNATIONAL APPLIED COMPUTATIONAL ELECTROMAGNETICS SOCIETY (ACES-CHINA) SYMPOSIUM, 8 November 2021 (2021-11-08), pages 1 - 2 *
张淑晨等: "超宽带小型化对拓Vivaldi天线的设计", 通信技术, 10 November 2019 (2019-11-10), pages 2798 - 2802 *
黄佰凡: "超宽带非均匀紧耦合阵列优化与不等功分器设计", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑, 15 February 2024 (2024-02-15), pages 21 - 48 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114927866B (zh) 2024-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113748572B (zh) 具有成角度馈电柄的辐射元件和包括该辐射元件的基站天线
CN113224527A (zh) 抑制异频散射的低频辐射单元及基站天线
CN112688076A (zh) 平面多端口多频带共地小间距高隔离mimo天线
CN110718757A (zh) 一种用于安防领域的新型宽角高增益覆盖安防雷达天线
CN113871865A (zh) 一种低剖面宽带宽角二维扫描双极化相控阵天线及应用
CN114498018B (zh) 一种低互耦微带天线
CN113193384A (zh) 一种阵列天线
CN215070414U (zh) 抑制异频散射的低频辐射单元及基站天线
CN110867643A (zh) 宽波束天线、天线阵以及应用该天线阵雷达
Bemani et al. A novel wide-band microstrip Yagi-Uda array antenna for WLAN applications
CN116960625A (zh) 一种超宽带360度全向扫描紧耦合相控阵天线
CN116565557A (zh) 一种宽角扫描超宽带双极化相控阵天线
CN108666747B (zh) 一种低剖面阵列天线
CN114927866B (zh) 一种不等间隔排列的超宽带紧耦合相控阵天线
CN114566798A (zh) 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
CN211743384U (zh) 宽波束天线、天线阵以及应用该天线阵雷达
CN113690636A (zh) 基于超表面的毫米波宽角扫描相控阵天线
Nesic et al. Millimeter wave printed antenna array with high side lobe suppression
CN221687771U (zh) 基于紧耦合阵列的移动通信天线
CN217114776U (zh) 一种小口径窄波束的基站天线
CN117060065B (zh) 一种毫米波超表面天线
Mao et al. A series-fed printed-bowtie antenna with broadband characteristics and end-fire radiation
CN115275589B (zh) 全耦合谐振环天线单元及二维切比雪夫网络馈电阵列天线
CN118073849B (zh) 基于互补源及悬置解耦超表面的毫米波宽角扫描阵列天线
CN211017416U (zh) 一种加载u形环超宽带陷波阵列天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant