一种超宽带紧耦合全金属-Vivaldi相控阵天线单元和阵列结构的制作方法

本发明涉及相控阵天线，具体地说，涉及一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构。

背景技术：

1、超宽带（ultra wide-band，uwb）技术起源于二十世纪五十年代末，上世纪六十年代就已出现有关uwb的发射机和接收机技术。近年来，随着信号处理、半导体固态器件的超宽带技术的发展迅猛，使得宽带、超宽带系统进一步进入工程化。超宽带技术具有抗干扰能力强、保密性好等诸多优势，在通信与雷达领域得到日益广泛的应用。而作为uwb系统关键设备的超宽带天线，其功能应用、设计方法及制造工艺均已成为国内外研究的热点。

2、vivaldi天线是一种应用日益广泛的超宽带天线，于1979年提出的一种按指数规律渐变的槽线天线，具有很宽的频带、高的增益以及良好的时域特性等优点，可以做成随频率变化具有恒定增益的天线，由它组成的单极化和双极化阵列能够用于宽带天线阵列或宽频带扫描角的相控阵中。近年来，vivaldi天线一直受到国内外学者的热点研究。vivaldi天线采用平面印刷结构，介质基板两侧分别贴有渐变结构的金属薄片，物理强度较低、馈电部分比较复杂、整体制作加工成本较高；其次，vivaldi天线工作于高频段（5ghz以上）时，微带线或带状线馈电部分的特性阻抗容易随频率的变化而发生改变产生色散现象，从而影响天线的性能。

3、近年来，国内外专家和学者针对超宽带低剖面相控阵天线难题提出了一系列的解决方法，但均不完善。例如，申请公布号为cn116247434 a的发明专利公开了“超宽带双极化紧耦合相控阵天线及其阵列”，该发明专利所阐述的紧耦合偶极子辐射层宽带宽角扫描阻抗匹配层均印刷在介质基板上，利用宽带宽角扫描阻抗匹配层实现天线单元的宽带宽角扫描阻抗匹配，并让金属渐变平行双线巴伦采用纯金属结构，实现天线单元的阻抗变换及馈电。但未涉及vivaldi相控阵天线和低剖面设计，存在一定差距；申请公布号为cn115117608a的发明专利公开了“一种紧耦合超宽带双极化相控阵天线”，主要是针对相控阵天线技术领域，提供的紧耦合超宽带双极化相控阵天线结构简单、体积小、重量轻，便于加工和组装，造价成本低廉，但未涉及超宽带紧耦合全金属-vivaldi天线单元和阵列的设计思路及方法，存在一定差距，因此，设计一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，以解决上述背景技术中提出的如何实现相控阵天线超宽带低剖面、易于集成与共形的问题。

2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，包括：馈电部分、反射腔体、槽线传输结构、信号辐射区、阵列天线。

3、作为本技术方案的进一步改进，所述馈电部分利用同轴线馈电方式进行直接馈电，避免由于耦合馈电方式所带来的能量损耗；同轴馈电部分的特性阻抗为50ω~120ω，其同轴线的特性阻抗为50ω。

4、作为本技术方案的进一步改进，所述反射腔体利用阻抗匹配原理可优化低频阻抗匹配，进一步降低能量损耗。

5、作为本技术方案的进一步改进，所述槽线传输结构一端加载反射腔体，另一端连接信号辐射区实现信号由同轴线到直线渐变槽线的传输。

6、作为本技术方案的进一步改进，所述信号辐射区基于vivaldi天线的辐射与比例变换原理，不同开口宽度对应不同频率的工作区域，从而实现超宽带工作频段。

7、作为本技术方案的进一步改进，所述阵列天线由vivaldi天线单元在e面与h面进行紧密交叠排布，构建超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线阵列，可进一步拓展低频工作频率下限。

8、作为本技术方案的进一步改进，所述超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线高度尺寸为，宽度尺寸为，其中对应最高工作频率波长，指数渐变线渐变率，通过改变渐变线宽度，调整单元结构的阻抗匹配，实现不同频率下天线性能的动态调谐。

9、作为本技术方案的进一步改进，所述超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线的单元周期，阵列规模，单元的宽度尺寸最高工作频率的。

10、作为本技术方案的进一步改进，所述超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线的阵元尺寸为，反射腔高度对应高频波长的倍，宽度对应倍高频波长的倍。

11、作为本技术方案的进一步改进，所述槽线传输结构与信号辐射区的连接处开口宽度为超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线的最高工作频率的。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：

13、该一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构中，利用vivaldi天线的槽线比例变换原理，将槽线设计为指数渐变形式，可实现天线阵列的超宽带工作；通过加载矩形反射腔，优化在低频时的阻抗匹配，拓展低频带宽；通过紧耦合天线阵列组阵技术，可减小单元尺寸与剖面，更易于实现集成与共形。

技术特征：

1.一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：天线阵列结构包括：馈电部分、反射腔体、槽线传输结构、信号辐射区、阵列天线。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述馈电部分利用同轴线馈电方式进行直接馈电，避免由于耦合馈电方式所带来的能量损耗；同轴馈电部分的特性阻抗为50ω~120ω，其同轴线的特性阻抗为50ω。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述反射腔体利用阻抗匹配原理可优化低频阻抗匹配，降低能量损耗。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述槽线传输结构一端加载反射腔体，另一端连接信号辐射区实现信号由同轴线到直线渐变槽线的传输。

5.根据权利要求1所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述信号辐射区基于vivaldi天线的辐射与比例变换原理，不同开口宽度对应不同频率的工作区域，实现超宽带工作频段。

6.根据权利要求1所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述阵列天线由vivaldi天线单元在e面与h面进行紧密交叠排布，构建超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线阵列，拓展低频工作频率下限。

7.根据权利要求6所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线高度尺寸为，宽度尺寸为，其中对应最高工作频率波长，指数渐变线渐变率，通过改变渐变线宽度，调整单元结构的阻抗匹配，实现不同频率下天线性能的动态调谐。

8.根据权利要求6所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线的单元周期，阵列规模，单元的宽度尺寸最高工作频率的。

9.根据权利要求6所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线的阵元尺寸为，反射腔高度对应高频波长的倍，宽度对应倍高频波长的倍。

10.根据权利要求4所述的一种超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其特征在于：所述槽线传输结构与信号辐射区的连接处开口宽度为超宽带紧耦合全金属-vivaldi相控阵天线的最高工作频率的。

技术总结本发明涉及相控阵天线技术领域，具体地说，涉及一种超宽带紧耦合全金属‑Vivaldi相控阵天线单元和阵列结构，其包括馈电部分、反射腔体、槽线传输结构、信号辐射区、阵列天线；该一种超宽带紧耦合全金属‑Vivaldi相控阵天线单元和阵列结构中，利用Vivaldi天线的槽线比例变换原理，将槽线设计为指数渐变形式，可实现天线阵列的超宽带工作；通过加载矩形反射腔，优化在低频时的阻抗匹配，拓展低频带宽；通过紧耦合天线阵列组阵技术，可减小单元尺寸与剖面，更易于实现集成与共形。技术研发人员：刘钢,朱锐,曾国城受保护的技术使用者：成都智远先进制造技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9