《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于新型耦合器的緊耦合陣列天線(xiàn)研究
2021年電子技術(shù)應(yīng)用第8期
楊 龍1,周文濤1,王 娜1,張志亞2
1.中國(guó)西南電子技術(shù)研究所,四川 成都610036; 2.西安電子科技大學(xué) 天線(xiàn)與微波技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安710071
摘要: 緊耦合陣列天線(xiàn)具備超寬帶性能,可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、情報(bào)偵察等領(lǐng)域。提出了一種采用新型電容耦合器的寬帶緊耦合陣列天線(xiàn),獲得了寬帶性能。該電容耦合器通過(guò)將兩條部分重疊的傳輸線(xiàn)沿阿基米德螺旋曲線(xiàn)纏繞而獲得,可以得到陣元間的強(qiáng)電容耦合,同時(shí)為了增加相鄰天線(xiàn)單元間的電容,耦合器采用了雙層印刷結(jié)構(gòu)。此外,采用集成的寬帶巴倫和電介質(zhì)覆層,進(jìn)一步提高了天線(xiàn)的寬帶匹配性能。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的緊耦合陣列天線(xiàn)陣列在1.2~6.2 GHz范圍內(nèi)有源駐波小于3,同時(shí)在所有平面中掃描角達(dá)到45°。制造并測(cè)試了天線(xiàn)樣機(jī),測(cè)量結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的天線(xiàn)在有源駐波小于3時(shí)阻抗帶寬達(dá)到5.2:1。
中圖分類(lèi)號(hào): TN821
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.201817
中文引用格式: 楊龍,周文濤,王娜,等. 基于新型耦合器的緊耦合陣列天線(xiàn)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2021,47(8):123-127,132.
英文引用格式: Yang Long,Zhou Wentao,Wang Na,et al. Design of tightly coupled dipole array with novel capacitive coupler[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(8):123-127,132.
Design of tightly coupled dipole array with novel capacitive coupler
Yang Long1,Zhou Wentao1,Wang Na1,Zhang Zhiya2
1.Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China; 2.National Key Laboratory of Antennas and Microwave Technology,Xidian University,Xi′an 710071,China
Abstract: The tightly coupled array antenna has ultra-wideband performance and can be widely used in radar, communications, intelligence reconnaissance and other fields. In this paper, a wideband tightly coupled array antenna(TCA) adopts a novel capacitive coupler is proposed. The proposed capacitive coupler, called Archimedes capacitive coupler, is based on two partially overlapping transmission lines obtained by winding them followed the Archimedes spiral. In addition, in order to further increase the capacitance between the two adjacent elements, the coupler uses a double-layer printed structure. Meanwhile, an integrated Marchand balun and a dielectric superstrate are adopted for further improving the matching performance of the designed antenna. The simulated results show that the final array maintains an active VSWR<3 from 1.2~6.2 GHz while scanning up to 45° in all planes. A prototype is manufactured and measured to validate the method. The measured results are provided for broadside and it shows that the proposed antenna delivers minimum 5.2:1 bandwidth for active VSWR<3.
Key words : tightly coupled array antenna;ultra-wideband;coupler

0 引言

    近年來(lái),緊耦合理論被應(yīng)用到超寬帶陣列天線(xiàn)的設(shè)計(jì)中,它通過(guò)有效利用天線(xiàn)單元之間的天線(xiàn)耦合效應(yīng)來(lái)滿(mǎn)足陣列天線(xiàn)寬帶化和低剖面的要求[1-4]。緊耦合陣列天線(xiàn)(Tightly Coupled Array Antenna,TCA)的起源可以追溯到1965年提出的連續(xù)電流片陣列的理想天線(xiàn)模型[5]。但直到2003年學(xué)者偶然發(fā)現(xiàn)天線(xiàn)之間的強(qiáng)耦合效應(yīng)可以用來(lái)拓寬天線(xiàn)帶寬[6]。從那時(shí)起,緊耦合陣列天線(xiàn)的研究備受關(guān)注[7-9]。為了獲得緊耦合陣列天線(xiàn)的寬帶性能,最初始和最重要的步驟是在兩個(gè)相鄰陣元之間設(shè)計(jì)耦合器以獲得強(qiáng)電容互耦。目前主要有兩種耦合器形式來(lái)實(shí)現(xiàn)陣元間的耦合。一種稱(chēng)為交疊耦合器,它通過(guò)在基板的兩側(cè)分別印刷相鄰天線(xiàn)單元的兩個(gè)輻射臂,兩輻射臂彼此交疊而構(gòu)成,此時(shí)陣元間的電容為平板電容[9-11]。另一種耦合器稱(chēng)為交指耦合器,它是通過(guò)在基板的同一側(cè)印刷相鄰陣元的兩輻射臂并使它們的邊緣交織成手指狀而構(gòu)成,此時(shí)陣元間的電容為交指電容[12-13]。在緊耦合陣列天線(xiàn)設(shè)計(jì)中,陣元間的電容耦合主要通過(guò)這兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。




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作者信息:

楊  龍1,周文濤1,王  娜1,張志亞2

(1.中國(guó)西南電子技術(shù)研究所,四川 成都610036;

2.西安電子科技大學(xué) 天線(xiàn)與微波技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安710071)




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