基于新型耦合器的紧耦合阵列天线研究
2021年电子技术应用第8期
杨 龙1，周文涛1，王 娜1，张志亚2
1.中国西南电子技术研究所，四川 成都610036； 2.西安电子科技大学 天线与微波技术国家重点实验室，陕西 西安710071
摘要： 紧耦合阵列天线具备超宽带性能，可广泛应用于雷达、通信、情报侦察等领域。提出了一种采用新型电容耦合器的宽带紧耦合阵列天线，获得了宽带性能。该电容耦合器通过将两条部分重叠的传输线沿阿基米德螺旋曲线缠绕而获得，可以得到阵元间的强电容耦合，同时为了增加相邻天线单元间的电容，耦合器采用了双层印刷结构。此外，采用集成的宽带巴伦和电介质覆层，进一步提高了天线的宽带匹配性能。仿真结果表明，所设计的紧耦合阵列天线阵列在1.2～6.2 GHz范围内有源驻波小于3，同时在所有平面中扫描角达到45°。制造并测试了天线样机，测量结果表明所设计的天线在有源驻波小于3时阻抗带宽达到5.2:1。
中圖分類號： TN821
文獻標識碼： 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研究[J].電子技術應用，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.
文獻標識碼： 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研究[J].電子技術應用，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，緊耦合理論被應用到超寬帶陣列天線的設計中，它通過有效利用天線單元之間的天線耦合效應來滿足陣列天線寬帶化和低剖面的要求[1-4]。緊耦合陣列天線(Tightly Coupled Array Antenna，TCA)的起源可以追溯到1965年提出的連續電流片陣列的理想天線模型[5]。但直到2003年學者偶然發現天線之間的強耦合效應可以用來拓寬天線帶寬[6]。從那時起，緊耦合陣列天線的研究備受關注[7-9]。為了獲得緊耦合陣列天線的寬帶性能，最初始和最重要的步驟是在兩個相鄰陣元之間設計耦合器以獲得強電容互耦。目前主要有兩種耦合器形式來實現陣元間的耦合。一種稱為交疊耦合器，它通過在基板的兩側分別印刷相鄰天線單元的兩個輻射臂，兩輻射臂彼此交疊而構成，此時陣元間的電容為平板電容[9-11]。另一種耦合器稱為交指耦合器，它是通過在基板的同一側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成，此時陣元間的電容為交指電容[12-13]。在緊耦合陣列天線設計中，陣元間的電容耦合主要通過這兩種方式來實現。
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作者信息：
楊 龍1，周文濤1，王 娜1，張志亞2
(1.中國西南電子技術研究所，四川 成都610036；
2.西安電子科技大學 天線與微波技術國家重點實驗室，陜西 西安710071)
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