本發(fā)明涉及相控陣天線，具體地說，涉及一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、超寬帶（ultra?wide-band，uwb）技術(shù)起源于二十世紀(jì)五十年代末，上世紀(jì)六十年代就已出現(xiàn)有關(guān)uwb的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)技術(shù)。近年來，隨著信號處理、半導(dǎo)體固態(tài)器件的超寬帶技術(shù)的發(fā)展迅猛，使得寬帶、超寬帶系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)入工程化。超寬帶技術(shù)具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好等諸多優(yōu)勢，在通信與雷達(dá)領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。而作為uwb系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的超寬帶天線，其功能應(yīng)用、設(shè)計(jì)方法及制造工藝均已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

2、vivaldi天線是一種應(yīng)用日益廣泛的超寬帶天線，于1979年提出的一種按指數(shù)規(guī)律漸變的槽線天線，具有很寬的頻帶、高的增益以及良好的時(shí)域特性等優(yōu)點(diǎn)，可以做成隨頻率變化具有恒定增益的天線，由它組成的單極化和雙極化陣列能夠用于寬帶天線陣列或?qū)掝l帶掃描角的相控陣中。近年來，vivaldi天線一直受到國內(nèi)外學(xué)者的熱點(diǎn)研究。vivaldi天線采用平面印刷結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板兩側(cè)分別貼有漸變結(jié)構(gòu)的金屬薄片，物理強(qiáng)度較低、饋電部分比較復(fù)雜、整體制作加工成本較高；其次，vivaldi天線工作于高頻段（5ghz以上）時(shí)，微帶線或帶狀線饋電部分的特性阻抗容易隨頻率的變化而發(fā)生改變產(chǎn)生色散現(xiàn)象，從而影響天線的性能。

3、近年來，國內(nèi)外專家和學(xué)者針對超寬帶低剖面相控陣天線難題提出了一系列的解決方法，但均不完善。例如，申請公布號為cn116247434?a的發(fā)明專利公開了“超寬帶雙極化緊耦合相控陣天線及其陣列”，該發(fā)明專利所闡述的緊耦合偶極子輻射層寬帶寬角掃描阻抗匹配層均印刷在介質(zhì)基板上，利用寬帶寬角掃描阻抗匹配層實(shí)現(xiàn)天線單元的寬帶寬角掃描阻抗匹配，并讓金屬漸變平行雙線巴倫采用純金屬結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)天線單元的阻抗變換及饋電。但未涉及vivaldi相控陣天線和低剖面設(shè)計(jì)，存在一定差距；申請公布號為cn115117608a的發(fā)明專利公開了“一種緊耦合超寬帶雙極化相控陣天線”，主要是針對相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，提供的緊耦合超寬帶雙極化相控陣天線結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，便于加工和組裝，造價(jià)成本低廉，但未涉及超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi天線單元和陣列的設(shè)計(jì)思路及方法，存在一定差距，因此，設(shè)計(jì)一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，以解決上述背景技術(shù)中提出的如何實(shí)現(xiàn)相控陣天線超寬帶低剖面、易于集成與共形的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明目的在于提供了一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，包括：饋電部分、反射腔體、槽線傳輸結(jié)構(gòu)、信號輻射區(qū)、陣列天線。

3、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述饋電部分利用同軸線饋電方式進(jìn)行直接饋電，避免由于耦合饋電方式所帶來的能量損耗；同軸饋電部分的特性阻抗為50ω~120ω，其同軸線的特性阻抗為50ω。

4、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反射腔體利用阻抗匹配原理可優(yōu)化低頻阻抗匹配，進(jìn)一步降低能量損耗。

5、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述槽線傳輸結(jié)構(gòu)一端加載反射腔體，另一端連接信號輻射區(qū)實(shí)現(xiàn)信號由同軸線到直線漸變槽線的傳輸。

6、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信號輻射區(qū)基于vivaldi天線的輻射與比例變換原理，不同開口寬度對應(yīng)不同頻率的工作區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)超寬帶工作頻段。

7、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述陣列天線由vivaldi天線單元在e面與h面進(jìn)行緊密交疊排布，構(gòu)建超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線陣列，可進(jìn)一步拓展低頻工作頻率下限。

8、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線高度尺寸為，寬度尺寸為，其中對應(yīng)最高工作頻率波長，指數(shù)漸變線漸變率，通過改變漸變線寬度，調(diào)整單元結(jié)構(gòu)的阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)不同頻率下天線性能的動態(tài)調(diào)諧。

9、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線的單元周期，陣列規(guī)模，單元的寬度尺寸最高工作頻率的。

10、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線的陣元尺寸為，反射腔高度對應(yīng)高頻波長的倍，寬度對應(yīng)倍高頻波長的倍。

11、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述槽線傳輸結(jié)構(gòu)與信號輻射區(qū)的連接處開口寬度為超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線的最高工作頻率的。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

13、該一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)中，利用vivaldi天線的槽線比例變換原理，將槽線設(shè)計(jì)為指數(shù)漸變形式，可實(shí)現(xiàn)天線陣列的超寬帶工作；通過加載矩形反射腔，優(yōu)化在低頻時(shí)的阻抗匹配，拓展低頻帶寬；通過緊耦合天線陣列組陣技術(shù)，可減小單元尺寸與剖面，更易于實(shí)現(xiàn)集成與共形。

技術(shù)特征：

1.一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：天線陣列結(jié)構(gòu)包括：饋電部分、反射腔體、槽線傳輸結(jié)構(gòu)、信號輻射區(qū)、陣列天線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述饋電部分利用同軸線饋電方式進(jìn)行直接饋電，避免由于耦合饋電方式所帶來的能量損耗；同軸饋電部分的特性阻抗為50ω~120ω，其同軸線的特性阻抗為50ω。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述反射腔體利用阻抗匹配原理可優(yōu)化低頻阻抗匹配，降低能量損耗。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述槽線傳輸結(jié)構(gòu)一端加載反射腔體，另一端連接信號輻射區(qū)實(shí)現(xiàn)信號由同軸線到直線漸變槽線的傳輸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述信號輻射區(qū)基于vivaldi天線的輻射與比例變換原理，不同開口寬度對應(yīng)不同頻率的工作區(qū)域，實(shí)現(xiàn)超寬帶工作頻段。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述陣列天線由vivaldi天線單元在e面與h面進(jìn)行緊密交疊排布，構(gòu)建超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線陣列，拓展低頻工作頻率下限。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線高度尺寸為，寬度尺寸為，其中對應(yīng)最高工作頻率波長，指數(shù)漸變線漸變率，通過改變漸變線寬度，調(diào)整單元結(jié)構(gòu)的阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)不同頻率下天線性能的動態(tài)調(diào)諧。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線的單元周期，陣列規(guī)模，單元的寬度尺寸最高工作頻率的。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線的陣元尺寸為，反射腔高度對應(yīng)高頻波長的倍，寬度對應(yīng)倍高頻波長的倍。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述槽線傳輸結(jié)構(gòu)與信號輻射區(qū)的連接處開口寬度為超寬帶緊耦合全金屬-vivaldi相控陣天線的最高工作頻率的。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種超寬帶緊耦合全金屬?Vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)，其包括饋電部分、反射腔體、槽線傳輸結(jié)構(gòu)、信號輻射區(qū)、陣列天線；該一種超寬帶緊耦合全金屬?Vivaldi相控陣天線單元和陣列結(jié)構(gòu)中，利用Vivaldi天線的槽線比例變換原理，將槽線設(shè)計(jì)為指數(shù)漸變形式，可實(shí)現(xiàn)天線陣列的超寬帶工作；通過加載矩形反射腔，優(yōu)化在低頻時(shí)的阻抗匹配，拓展低頻帶寬；通過緊耦合天線陣列組陣技術(shù)，可減小單元尺寸與剖面，更易于實(shí)現(xiàn)集成與共形。

技術(shù)研發(fā)人員：劉鋼,朱銳,曾國城
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都智遠(yuǎn)先進(jìn)制造技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9