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CN111430899B - 一种基于缺陷地的l型超宽带双极化平面紧耦合天线单元 - Google Patents

一种基于缺陷地的l型超宽带双极化平面紧耦合天线单元 Download PDF

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CN111430899B CN202010353260.2A CN202010353260A CN111430899B CN 111430899 B CN111430899 B CN 111430899B CN 202010353260 A CN202010353260 A CN 202010353260A CN 111430899 B CN111430899 B CN 111430899B
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Abstract

本发明公开了一种基于缺陷地的L型超宽带双极化平面紧耦合天线单元，包括介质匹配层，位于介质匹配层下方的用于收发信号的平面双极化紧耦合辐射单元，在平面双极化紧耦合辐射单元的下方依次设有第一电阻型频率选择表面、缺陷地结构和第二电阻型频率选择表面，所述的缺陷地结构为带有横纵网格状裂口间隙的金属层。反射板为缺陷地结构，通过调节反射板上开槽的位置与形状，可以使得天线的低频阻抗匹配具有显著的优化作用，实现带宽的进一步匹配，通过优化各部分结构尺寸，最终得到一种带宽性能优良的双极化平面紧耦合天线。阵列天线领域中一种具有超宽带、双极化特性的平面紧耦合天线。

Description

一种基于缺陷地的L型超宽带双极化平面紧耦合天线单元
技术领域
本发明涉及L型超宽带平面双极化天线技术领域，特别是指一种基于缺陷地的L型超宽带双极化平面紧耦合天线单元。
背景技术
目前在宽带阵列天线的使用中，常用的主要结构有vivaldi天线以及近年来提出的紧耦合天线结构。传统的阵列天线设计为了控制阵元耦合的不利影响往往会尽量增加单元间距，但是阵元间距的增加很容易引入栅瓣。除此之外，Vivaldi天线作为传统宽带天线单元，由于其天线本身辐射特性而存在剖面较高的问题，体积较大难以实现小型化以及系统集成。
紧耦合天线的概念是2003年由Munk教授根据频率选择表面的研究发展而来，通过偶极子之间的耦合电容与偶极子与反射板之间的电感在整个频带内的动态平衡实现超宽带匹配，具有超宽带、小尺寸、低剖面的特点。
伴随着技术发展以及工程需求的提升，对于有限空间载体平台来说紧耦合天线在具备超宽带特性的同时结构更加紧凑剖面更低，具备双线极化特性的超宽带紧耦合天线的研究十分必要。
发明内容
本发明的目的在于解决双极化紧耦合天线的带宽问题，从而提供了一种双极化紧耦合天线的超宽带设计，通过辐射单元的合理设计以及介质匹配层、金属匹配层以及电阻型频选的加载使得该紧耦合天线具有超宽带的工作特性，并且保持较好的辐射特性以及双极化特性。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于缺陷地的L型超宽带双极化平面紧耦合天线单元，包括介质匹配层1，位于介质匹配层下方的用于收发信号的平面双极化紧耦合辐射单元2，在平面双极化紧耦合辐射单元2的下方依次设有第一电阻型频率选择表面3、缺陷地结构4和第二电阻型频率选择表面5；
所述的缺陷地结构为带有横纵网格状裂口间隙6的金属层。
进一步的，所述平面双极化紧耦合辐射单元2包括上下相对的两个介质板，每个介质板的相对面都具有极化辐射单元。
进一步的，每个极化辐射单元均包括一个收发贴片和一个耦合馈入单元，耦合馈入单元与收发贴片电连接，两个极化辐射单元呈90度旋转关系，且两个极化辐射单元的收发贴片位置重合。
进一步的，所述的耦合馈入单元包括顺次连接的馈入耦合贴片8、偶极子7、馈电端口9和馈出耦合贴片10，馈出耦合贴片与收发贴片电气互连。
进一步的，所述的收发贴片为矩形金属贴片。
本发明与现有技术相比具有的有益效果在于：
1、本发明中，通过改变缺陷地结构的间隙大小，可以实现方阻可控；
2、本发明中，缺陷地结构的金属反射板位于最下层，通过开槽形成金属匹配层。通过优化各部分结构的参数，可以调节天线的匹配特性，最终得到一种性能优良的超宽带双极化平面紧耦合天线。
3、本发明相比传统阵列天线具有超宽带的优点，通过优化调节反射板的。同时具备较好的双极化特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中缺陷地结构的俯视图。
图3是图1中平面双极化紧耦合辐射单元的俯视图。
图4和图5为天线的工作模拟图。
附图标记说明：介质匹配层1、平面双极化紧耦合辐射单元2、第一电阻型频率选择表面3、缺陷地结构4、第二电阻型频率选择表面5、横纵网格状裂口间隙6、偶极子7、馈入耦合贴片8、馈电端口9、馈出耦合贴片10、收发贴片11。
具体实施方式
如图1-图5所示，本发明提供了一种基于缺陷地的L型超宽带双极化平面紧耦合天线单元，包括介质匹配层1，位于介质匹配层下方的用于收发信号的平面双极化紧耦合辐射单元2，在平面双极化紧耦合辐射单元2的下方依次设有第一电阻型频率选择表面3、缺陷地结构4和第二电阻型频率选择表面5。如图2所示，所述的缺陷地结构为带有横纵网格状裂口间隙6的金属层。
如图1和图3所示，平面双极化紧耦合辐射单元2包括上下相对的两个介质板，位于每个介质板的内侧面都具有极化辐射单元结构，介质板通过半固化片连接，耦合片分别位于两层介质板外层。
如图3所示，每个极化辐射单元均包括一个收发贴片和一个耦合馈入单元，耦合馈入单元与收发贴片电连接，两个极化辐射单元呈90度旋转关系，且两个极化辐射单元的收发贴片位置重合，所述的耦合馈入单元包括顺次连接的馈入耦合贴片8、偶极子7、馈电端口9和馈出耦合贴片10，馈出耦合贴片与收发贴片电气互连。
本发明的简要工作原理：
发明的工作原理：超宽带双极化平面紧耦合天线由双极化L型紧耦合辐射单元、介质匹配层、第一电阻型频率选择表面3、缺陷地结构4和第二电阻型频率选择表面5组成。平面紧耦合偶极子单元本身具有较宽的带宽，通过介质匹配层改善与自由空间的匹配状态从而获得更宽的带宽，电阻型频率选择表面的加载可以使得偶极子的反向辐射进一步消除，使得天线获得更好的阻抗匹配特性；缺陷地结构不仅可以作为反射板，同时通过调节其开槽位置可以进一步优化低频匹配特性。
参照图1所示的单元结构，工作时平面双极化紧耦合辐射单元2作为辐射部分进行电磁波的发射与接收。发射时，电磁波从平面双极化紧耦合辐射单元2中辐射到周围空间，其中经由介质匹配层辐射到上半空间，后向辐射则依次经过第一电阻型频率选择表面，缺陷地结构和第二电阻型频率选择表面的吸收以及谐振，接收时，电磁波的传播路径和发射相反，空间中的来波主要经由介质匹配层1被平面双极化紧耦合辐射单元接收从而进行后端信号的处理工作。
参照图1中所示单元结构，天线工作时平面双极化紧耦合辐射单元2作为辐射部分进行电磁波的发射与接收，该结构与馈电结构垂直相连，馈电结构位于辐射单元下方，且依次穿过第一电阻型频率选择表面，缺陷地结构，第二电阻型频率选择表面与后端电路连接。发射时，电信号经由馈电结构传送至辐射单元，经过介质匹配层辐射到自由空间，而后向辐射则依次经过第一电阻型频率选择表面3、缺陷地结构4和第二电阻型频率选择表面5的吸收以及谐振，基本消除整个工作频带内后向辐射对驻波的恶化，获得较好的宽带匹配效果；接收时，电磁波的传播路径和发射相反，空间中的来波主要经由介质匹配层被平面双极化紧耦合辐射单元接收从而进行后端信号的处理工作。

Claims (1)

1.一种基于缺陷地的L型超宽带双极化平面紧耦合天线单元，其特征在于，包括介质匹配层(1)，位于介质匹配层下方的用于收发信号的平面双极化紧耦合辐射单元(2)，在平面双极化紧耦合辐射单元(2)的下方依次设有第一电阻型频率选择表面(3)、缺陷地结构(4)和第二电阻型频率选择表面(5)；
所述的缺陷地结构为带有横纵网格状裂口间隙(6)的金属层；
所述平面双极化紧耦合辐射单元(2)包括上下相对的两个介质板，每个介质板的相对面都具有极化辐射单元；每个极化辐射单元均包括一个收发贴片和一个耦合馈入单元，耦合馈入单元与收发贴片电连接，两个极化辐射单元呈90度旋转关系，且两个极化辐射单元的收发贴片位置重合；
所述的耦合馈入单元包括顺次连接的馈入耦合贴片(8)、偶极子(7)、馈电端口(9)和馈出耦合贴片(10)，馈出耦合贴片与收发贴片电气互连；
所述的收发贴片为矩形金属贴片。
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