基于新型耦合器的紧耦合阵列天线研究

杨 龙 ，周文涛 ，王 娜 ，张志亚

（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）

0 引言

近年来，紧耦合理论被应用到超宽带阵列天线的设计中，它通过有效利用天线单元之间的天线耦合效应来满足阵列天线宽带化和低剖面的要求[1-4]。紧耦合阵列天线（Tightly Coupled Array Antenna，TCA）的起源可以追溯到1965 年提出的连续电流片阵列的理想天线模型[5]。但直到2003 年学者偶然发现天线之间的强耦合效应可以用来拓宽天线带宽[6]。从那时起，紧耦合阵列天线的研究备受关注[7-9]。为了获得紧耦合阵列天线的宽带性能，最初始和最重要的步骤是在两个相邻阵元之间设计耦合器以获得强电容互耦。目前主要有两种耦合器形式来实现阵元间的耦合。一种称为交叠耦合器，它通过在基板的两侧分别印刷相邻天线单元的两个辐射臂，两辐射臂彼此交叠而构成，此时阵元间的电容为平板电容[9-11]。另一种耦合器称为交指耦合器，它是通过在基板的同一侧印刷相邻阵元的两辐射臂并使它们的边缘交织成手指状而构成，此时阵元间的电容为交指电容[12-13]。在紧耦合阵列天线设计中，阵元间的电容耦合主要通过这两种方式来实现。

本文提出了一种新型的电容耦合器，称为阿基米德电容耦合器，来获得阵元间的强电容耦合。同时，为进一步增加相邻阵元间的电容耦合，耦合器设计为双层并联结构。最后，通过集成宽带巴伦和介质覆层的使用，设计的紧耦合阵列天线获得了宽阻抗带宽和宽角扫描能力。……