一种超宽带紧耦合阵列天线

技术领域

本发明涉及超宽带雷达探测领域，具体涉及一种超宽带紧耦合阵列天线。

背景技术

穿透雷达利用电磁波可在不透明物质中传播一定距离的特性，对其中的目标进行探测，包括对地下资源进行勘测的探地雷达、透过墙体进行探测的穿墙雷达以及对冰川结构进行探测的探冰雷达等均属于穿透雷达。频率越高，有损媒质对电磁波的耗越高，因此穿透雷达采用较低的工作频率，多在L波段以下。穿透雷达工作频带很宽，属于超宽带雷达，其发射信号为纳秒级的非正弦脉冲信号，探测分辨率高，通过对接收回波进行数据分析得到目标信息。天线具有将能量转换为电磁波发射以及接收目标回波的功能，是雷达系统中不可缺少的重要部分，其性能决定了雷达发射信号以及接收回波的能力。

传统的超宽带阵列由于其耦合原因使得天线的性能恶化，若采用加入吸波材料等方式消除耦合则会带来增益下降、方向图恶化等影响。同时由于传统的超宽带阵列天线为了达到超宽带的增益要求，其体积将会牺牲，例如传统Vivaldi天线阵列等，使得其使用起来非常困难。因此亟需解决以上两种问题。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，解决超宽带阵列由于耦合问题导致的天线性能恶化问题，同时实现超宽带阵列的小型化，本发明提供一种超宽带紧耦合天线阵列，包括：八个紧耦合天线单元、馈电巴伦、超材料介质、金属的电壁以及短路柱组成的支撑结构和加载电阻。其中，所述紧耦合八个天线单元末端重叠，边缘通过加载电阻与金属板相连，金属板与上方超材料介质固定，同时地板与金属板形成中空的腔体结构，八个馈电巴伦一端与馈电端口相连，另一端与天线单元相连，通过超宽带一分八功分器对天线进行馈电。本发明通过紧耦合的方式扩展带宽，并采用加载电阻与电壁将天线边缘残余电流吸收，减小边缘效应。本发明具有体积小、剖面低等特点，可用作超宽带雷达的收发天线。

一种超宽带紧耦合阵列天线，包括超材料介质、电壁、接地板、短路柱、馈电巴伦、加载电阻和紧耦合阵列天线；所述紧耦合阵列天线由八个紧耦合天线单元组成，紧耦合天线单元由分布于介质板上下面的偶极子贴片组成，紧耦合天线单元的贴片末端相互重叠，重叠部分通过短路柱与接地板相连，紧耦合阵列天线的边缘的紧耦合天线单元的末端通过加载电阻与电壁相接，电壁与接地板短路相接，同时起支撑作用，电壁上端与超材料介质相连，将超材料介质固定在紧耦合天线阵列上方一定距离，超材料介质由分布于介质板正反面的周期性金属贴片构成；馈电巴伦由分布于介质板正反两面的渐变双曲贴片构成，其通过安装在接地板上的电连接器与外部一分八路功分器相连，其上方连接紧耦合阵列天线；

所述天线工作时，通过外一路外部信号源加上一分八路功分器，将激励信号通过馈电巴伦传输到紧耦合阵列天线上，再通过紧耦合天线单元的贴片向外辐射出去。

进一步地，除一分八路功分器之外的所用所有部件的介质基板的材料为Rogers4350B，介电常数为2.2，超材料介质的厚度为1.5mm，紧耦合阵列天线的厚度为1.5mm，馈电巴伦(5)的厚度为1mm。

进一步地，所述加载电阻的数量为四个。

进一步地，短路柱的半径为1mm。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

有益效果：

本发明天线可以满足超宽带探地雷达系统的要求，同时具有小型化、宽频带、轻量化等特点，可以解决超宽带探地雷达系统中由于天线频段低导致体型大、不方便等问题。本发明所具有的小型化特征，大大减轻了天线的重量。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的超宽带紧耦合阵列天线的立体模型图；

图2是根据本发明一实施例的超宽带紧耦合阵列天线的侧视示意图；

图3是根据本发明一实施例的超宽带紧耦合阵列天线的S参数仿真曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明一实施例的超宽带紧耦合阵列天线包括超材料介质1、电壁2、接地板3、短路柱4、馈电巴伦5、加载电阻6、紧耦合阵列天线7。所述紧耦合阵列天线7由分布于介质板上下面的偶极子贴片组成，共有八个紧耦合天线单元以2*4的形式组成阵列，其中两两紧耦合天线单元间的金属贴片交叉重叠，以形成耦合电容，实现改善带宽的目的。金属的短路柱4与紧耦合阵列天线7中的介质板下方的偶极子贴片相连，且与接地板3相接，通过减小谐振回路面积改善共模谐振，同时起到支撑作用。

所述超宽带紧耦合阵列天线工作时，通过外接一路外部信号源加功分器将激励信号通过馈电巴伦5传输到紧耦合阵列天线7上，通过其金属贴片向外辐射，同时通过加载电阻6将边缘残余电流吸收并且与电壁2相连，以改善边缘效应。图1中，超材料介质1与接地板3相对设置，两边与电壁2连接，紧耦合阵列天线7设置在超材料介质1与接地板3所围成空间中，且与超材料介质1平行，短路柱4、馈电巴伦5均设置在空间中且与电壁2平行，加载电阻6位于紧耦合阵列天线7的末端的紧耦合天线单元与电壁2中间，且与两部分相连。

紧耦合阵列天线7的边缘的紧耦合天线单元的末端通过加载电阻6与电壁2相接，电壁2与接地板3短路相接，同时起支撑作用，电壁2上端与超材料介质1相连，将超材料介质1固定在紧耦合天线阵列7上方一定距离，超材料介质1由分布于介质板正反面的周期性金属贴片构成；馈电巴伦5由分布于介质板正反两面的渐变双曲贴片构成，其通过安装在接地板3上的电连接器与外部一分八路功分器相连，其上方连接紧耦合阵列天线7。

如图3所示，为根据本发明一实施例的超宽带紧耦合阵列天线的S参数曲线图，图中，横坐标代表频率变量，单位为GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。在该实施例中，超宽带紧耦合阵列天线的工作频带是0.9-4GHz，从图3可以看出，本发明天线的S参数在频带内都小于-10dB。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。