[發(fā)明專利]一種天線陣元及超寬帶緊耦合天線陣

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110040077.1
• 申請(qǐng)日: 2021-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN112886227B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 全鑫;曹振新;陳鵬;許湘劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué);南京步微通信設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): H01Q1/36
• 分類號(hào): H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q21/06
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

本發(fā)明公開了一種天線陣元及超寬帶緊耦合天線陣，其中天線陣元包括輻射單元、饋電單元以及反射地板，還包括一電感性加載結(jié)構(gòu)，該電感性加載結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述輻射單元與反射地板之間，產(chǎn)生以抵消反射地板產(chǎn)生的短路效應(yīng)的等效電感。本發(fā)明設(shè)計(jì)的緊耦合天線通過(guò)電感性加載結(jié)構(gòu)在不引入損耗基礎(chǔ)上使得阻抗帶寬翻倍，且具有較高的輻射效率，阻抗帶寬超過(guò)10個(gè)倍頻程，輻射效率大于90%，在保證較高輻射頻率的同時(shí)超過(guò)現(xiàn)階段絕大多數(shù)天線陣列的相對(duì)帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超寬帶相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種加載電感性結(jié)構(gòu)的緊耦合天線陣列。

背景技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)發(fā)展，在商業(yè)通信及探測(cè)領(lǐng)域，超寬帶相控陣天線已受到廣泛關(guān)注。未來(lái)電子設(shè)備，不僅需要感知周邊環(huán)境信息，還需要對(duì)周邊變化進(jìn)行適應(yīng)性改變，并將外界環(huán)境傳達(dá)至不同終端，這就需要電子設(shè)備的天線需要工作于不同頻段，以滿足不同功能要求，且具有較高的輻射效率以感知更加完善的周邊信息和更遠(yuǎn)的通信距離。如果將不同工作頻率的天線集成至同一口徑上，可以增加空間利用率，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的小型化、輕量化，因此，需要具有一款滿足功能需求的高輻射效率超寬帶相控陣天線。

申請(qǐng)?zhí)枮?01810222246.1的專利，它采用的是電阻片加載方案，可以實(shí)現(xiàn)1.49GHz-15.65GHz的有源阻抗帶寬。但是其提出的方案加載阻抗為377Ω/square的電阻片會(huì)引入很大的插入損耗，降低天線的輻射效率。

申請(qǐng)?zhí)枮?01810816834.8的專利，它采用的是兩個(gè)電阻型頻率選擇表面及缺陷地結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超寬帶特性，但是由于引入電阻型結(jié)構(gòu)及缺陷地結(jié)構(gòu)，會(huì)顯著降低天線輻射效率且產(chǎn)生較大后瓣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高輻射效率、超寬帶的天線陣元及緊耦合天線陣列，克服現(xiàn)有超寬帶相控陣天線陣列有源駐波帶寬及輻射效率矛盾問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案為：

一種天線陣元，包括輻射單元、饋電單元以及反射地板，其特征在于：還包括一電感性加載結(jié)構(gòu)，該電感性加載結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述輻射單元與反射地板之間，產(chǎn)生以抵消反射地板產(chǎn)生的短路效應(yīng)的等效電感。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案為：一種超寬帶緊耦合天線陣列，包括陣列布置的上述所述的天線陣元。

本發(fā)明具有以下創(chuàng)新：

本發(fā)明提出了一種拓寬緊耦合天線有源駐波帶寬并實(shí)現(xiàn)高輻射效率的方案。結(jié)合緊耦合天線等效電路模型，未加載電感性結(jié)構(gòu)時(shí)，從天線輸入端口處看向反射地板的輸入阻抗為Z_in＝j(luò)Z₀tan(βh),其中Z₀為空氣的等效特性阻抗，β為電磁波波數(shù)，h為天線輻射面距離反射地板高度，當(dāng)對(duì)應(yīng)頻率波長(zhǎng)的一半等于天線距離反射地板高度時(shí)，Z_in＝0，即反射地板對(duì)于天線饋電端口相當(dāng)于短路，這會(huì)導(dǎo)致天線失配，因此傳統(tǒng)緊耦合天線高頻點(diǎn)取決于天線剖面高度。加載電感性結(jié)構(gòu)時(shí)，從天線輸入端口處看向反射地板的輸入阻抗變?yōu)椋?/p>

其中，Z_L為加載結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)等效阻抗，n為自然數(shù)，可以看到引入電感性結(jié)構(gòu)時(shí)，帶內(nèi)(βh2π)Z_in≠0，即會(huì)破壞短路效應(yīng)，將短路點(diǎn)移出帶外，因而實(shí)現(xiàn)帶寬加倍。經(jīng)仿真驗(yàn)證，本發(fā)明天線有源駐波帶寬為10：1，輻射效率高于90％，在保證較高輻射頻率的同時(shí)超過(guò)現(xiàn)階段絕大多數(shù)天線陣列的相對(duì)帶寬。

附圖說(shuō)明

為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)見，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明緊耦合天線陣全視圖。