CN116826378A - 一种宽带紧耦合天线 - Google Patents

Abstract

本申请属于微波天线技术领域，特别涉及一种宽带紧耦合天线，第一电路层P1，位于所述微波介质板上表面，包括渐变形巴伦a2和宽角匹配结构a1；第二电路层F1，位于所述微波介质板中间层，包括馈电结构c3和频率选择结构c1，其中馈电结构c3由传统微带线结构、一分二的功分器、电阻、紧耦合偶极子c2共同组成。频率选择结构c1由方形结构组成；第三电路层P2，位于所述微波介质板下表面，包括渐变形巴伦b2和宽角匹配结构b1；第一电路层P1和第三电路层P2通过接地通孔连接在一起；所述馈电结构和渐变形巴伦相结合，实现宽带紧耦合天线模块的宽角扫描功能。

Description

一种宽带紧耦合天线

技术领域

本申请属于微波天线技术领域，特别涉及一种宽带紧耦合天线。

背景技术

为了满足射频孔径综合对天线孔径复用的需求，宽带一体化天线阵列的带宽需求显著提升，这给天线阵列的电性能设计、结构设计带来巨大的挑战。其中，天线阵列是电磁波与空间过渡的等效匹配电路，其宽带化设计是整个课题的重要内容。

宽带相控阵具有很多优点：功能多、集成度高、传输速率高、反应时间迅速、抗干扰能力强，可将无线通信、电子对抗、通信对抗、目标跟踪与探测等多系统功能集成在一起，构成共享孔径天线系统。

传统的宽带相控阵天线技术设计有较大的局限性，带宽拓展能力有限，宽角扫描能力有限。同时，天线单元的带宽会限制阵列的带宽，阵列扫描角度会受到单元间互耦的影响。

当前，终端开路的槽型天线被广泛运用于宽带相控阵系统中，它的优点是可实现宽带宽角特性，可与一般的射频接口直接相连。然而槽型天线无法避免谐振现象。同时，随着带宽越宽，电尺寸越大，槽型辐射器高度越高，它的高剖面特性将导致天线阵列扫描时D面交叉极化差。

基于互耦效应的宽带相控阵天线，不仅仅受于阵元的限制，可以突破现有天线组阵的带宽，通过互耦效应来实现宽频带工作。对该种新颖天线结构开展研究对获得高性能的天线技术指标具有重要的工程意义。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种宽带紧耦合天线，包括多个天线单元，每个天线单元包括：

第一介质板，

内表面与第一介质板内表面贴合的第二介质板，

刻蚀在第一介质板或者第二介质板内侧表面的第二电路层,

刻蚀在第一介质板外表面的第一电路层，

刻蚀在第二介质板外表面的第三电路层，

其中，第一电路层包括第一连接板，一端与第一连接板连接的第一渐变形巴伦，连接在另一端的第一宽角匹配结构；

第三电路层结构与第一电路层相同，分别包括第二连接板，一端与第二连接板连接的第二渐变形巴伦，连接在另一端的第二宽角匹配结构，

第二电路层，包括馈电结构、与馈电结构连接的功分器，与功分器连接的紧耦合偶极子以及由多个独立金属镀层形成的频率选择结构；

第一宽角匹配结构与第二宽角匹配结构沿垂直天线单元板面方向重叠，第一宽角匹配结构与紧耦合偶极子沿垂直天线单元板面方向部分重叠；第一渐变形巴伦与第二渐变形巴伦沿垂直天线单元板面方向部分重叠。

优选的是，包括：第一渐变形巴伦由第一连接板朝第一宽角匹配结构方向宽度逐渐变小。

优选的是，第一渐变形巴伦的数量为两个，每个第一渐变形巴伦上连接一个第二渐变形巴伦。

优选的是，所述功分器为一分二的功分器。

优选的是，频率选择结构由多个方形的金属镀层结构组成；多个频率选择结构沿天线单元对称分布。

优选的是，所述第一连接板与所述第二连接板通过第一介质板与第二介质板上的多个镀层的接地通孔导通。

优选的是，接地通孔沿所述功分器分布。

优选的是，功分器，接地通孔以及频率选择结构沿对称轴对称分布。

优选的是，多个天线单元沿垂直于所述对称轴方向阵列。

优选的是，所述功分器分路位于第一渐变形巴伦与第二渐变形巴伦之间。

本申请的优点包括：本申请利用渐变形巴伦和宽带匹配结构相结合的方式，给偶极子提供一个平衡馈电和阻抗变换，避免了阻抗加载结构的设计，同时利用矩形频率选择结构进一步提升天线扫描能力，极大地简化了紧耦合天线阵列的设计难度，同时降低了后期紧耦合天线阵列的加工、焊接难度，增加了天线的可靠性。

附图说明

图1是本申请一优选实施方式宽带紧耦合天线的天线单元示意图；

图2是本申请一优选实施方式宽带紧耦合天线的天线单元爆炸图；

图3是本申请一优选实施方式宽带紧耦合天线的天线单元阵列示意图。

具体实施方式

为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

如图1-3所示，本申请提供了一种宽带紧耦合天线，包括多个天线单元，每个天线单元包括：

第一介质板X1，

内表面与第一介质板X1内表面贴合的第二介质板X2，

刻蚀在第一介质板X1或者第二介质板X2内侧表面的第二电路层F1,

刻蚀在第一介质板X1外表面的第一电路层P1，

刻蚀在第二介质板X1外表面的第三电路层P2，

其中，第一电路层P1包括第一连接板，一端与第一连接板连接的第一渐变形巴伦a2，连接在另一端的第一宽角匹配结构a1；

第三电路层P2结构与第一电路层P1相同，分别包括第二连接板，一端与第二连接板连接的第二渐变形巴伦b2，连接在另一端的第二宽角匹配结构b1，

第二电路层F1，包括馈电结构c3、与馈电结构c3连接的功分器，与功分器连接的紧耦合偶极子c2以及由多个独立金属镀层形成的频率选择结构c1；

第一宽角匹配结构a1与第二宽角匹配结构b1沿垂直天线单元板面方向重叠，第一宽角匹配结构a1与紧耦合偶极子c2沿垂直天线单元板面方向部分重叠；第一渐变形巴伦a2与第二渐变形巴伦b2沿垂直天线单元板面方向部分重叠；

第一介质板X1与第二介质板X2板材为ArlonDiClad 880(tm)，厚度为2.032mm；

馈电结构c3采用50Ω标准阻抗匹配；

所述馈电结构和渐变形巴伦相结合，实现宽带紧耦合天线模块的宽角扫描功能；

在一些可选实施方式中，包括：第一渐变形巴伦a2由第一连接板朝第一宽角匹配结构a1方向宽度逐渐变小，第一渐变形巴伦a2的数量为两个，每个第一渐变形巴伦a2上连接一个第二渐变形巴伦b2，所述的渐变型巴伦结构a2和b2的形状可以根据需要进行适合的选择，可以是曲线渐变的、直线渐变的等等。

在一些可选实施方式中，所述功分器为一分二的功分器。

在一些可选实施方式中，频率选择结构c1由多个方形的金属镀层结构组成；多个频率选择结构c1沿天线单元对称分布，在一些可选的实施方式中，所述频率选择结构c1由4个正方形和2个长方形金属结构组成，形状和数量可以根据需要进行适合的选择，可以是正方形、长方形、圆形等等。

在一些可选实施方式中，所述第一连接板与所述第二连接板通过第一介质板X1与第二介质板X2上的多个镀层的接地通孔导通。

在一些可选实施方式中，接地通孔沿所述功分器分布。

在一些可选实施方式中，功分器，接地通孔以及频率选择结构c1沿对称轴对称分布。

在一些可选实施方式中，多个天线单元沿垂直于所述对称轴方向阵列。

在一些可选实施方式中，所述功分器分路位于第一渐变形巴伦a2与第二渐变形巴伦b2之间。

本申请的多个天线单元按阵列排布，每个天线单元的馈电部分均连接有射频连接器，在天线单元阵列后的底部还设有金属地板。

本申请利用单元间紧密排布引入的耦合来抵消地板引入的低频电抗，利用宽带馈电网络和渐变型巴伦结构组成宽带匹配结构，同时利用频率选择结构提升天线大角度扫描能力，抑制介质板在小角度扫描下产生的杂波，从而实现宽带宽角天线阵列的工作。本发明的天线模块重量轻，

集成度高，可一体化印制加工，极大地降低了后期紧耦合天线阵列的焊接难度，增加了天线阵列的可靠性。同时，本发明的天线阵列采用微带线馈电，相比于传统紧耦合天线的馈电方式，极大地简化了紧耦合阵列天线的设计难度；本申请利用渐变形巴伦和宽带匹配结构相结合的方式，给偶极子提供一个平衡馈电和阻抗变换，避免了阻抗加载结构的设计，同时利用矩形频率选择结构进一步提升天线扫描能力，极大地简化了紧耦合天线阵列的设计难度，同时降低了后期紧耦合天线阵列的加工、焊接难度，增加了天线的可靠性。

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)

1.一种宽带紧耦合天线，其特征在于，包括多个天线单元，每个天线单元包括：

第一介质板(X1)，

内表面与第一介质板(X1)内表面贴合的第二介质板(X2)，

刻蚀在第一介质板(X1)或者第二介质板(X2)内侧表面的第二电路层(F1),

刻蚀在第一介质板(X1)外表面的第一电路层(P1)，

刻蚀在第二介质板(X1)外表面的第三电路层(P2)，

其中，第一电路层(P1)包括第一连接板，一端与第一连接板连接的第一渐变形巴伦(a2)，连接在另一端的第一宽角匹配结构(a1)；

第三电路层(P2)结构与第一电路层(P1)相同，分别包括第二连接板，一端与第二连接板连接的第二渐变形巴伦(b2)，连接在另一端的第二宽角匹配结构(b1)，

第二电路层(F1)，包括馈电结构(c3)、与馈电结构(c3)连接的功分器，与功分器连接的紧耦合偶极子(c2)以及由多个独立金属镀层形成的频率选择结构(c1)；

第一宽角匹配结构(a1)与第二宽角匹配结构(b1)沿垂直天线单元板面方向重叠，第一宽角匹配结构(a1)与紧耦合偶极子(c2)沿垂直天线单元板面方向部分重叠；第一渐变形巴伦(a2)与第二渐变形巴伦(b2)沿垂直天线单元板面方向部分重叠。

2.如权利要求1所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，包括：第一渐变形巴伦(a2)由第一连接板朝第一宽角匹配结构(a1)方向宽度逐渐变小。

3.如权利要求1所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，第一渐变形巴伦(a2)的数量为两个，每个第一渐变形巴伦(a2)上连接一个第二渐变形巴伦(b2)。

4.如权利要求3所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，所述功分器为一分二的功分器。

5.如权利要求1所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，频率选择结构(c1)由多个方形的金属镀层结构组成；多个频率选择结构(c1)沿天线单元对称分布。

6.如权利要求4所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，所述第一连接板与所述第二连接板通过第一介质板(X1)与第二介质板(X2)上的多个镀层的接地通孔导通。

7.如权利要求6所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，接地通孔沿所述功分器分布。

8.如权利要求6所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，功分器，接地通孔以及频率选择结构(c1)沿对称轴对称分布。

9.如权利要求8所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，多个天线单元沿垂直于所述对称轴方向阵列。

10.如权利要求1所述的宽带紧耦合天线，其特征在于，所述功分器分路位于第一渐变形巴伦(a2)与第二渐变形巴伦(b2)之间。