本发明涉及一种超宽带低剖面天线阵列结构，涉及天线设计领域。
背景技术：
传统的相控阵列天线技术日趋成熟，目前基本思路为采用单个宽带天线单元组阵，利用阵列结构使阵列在阻抗特性或辐射特性上达到相应指标。但这种设计思路在进一步拓展天线阵的工作带宽方面存在一定局限性，因为超宽带天线单元对于电尺寸的要求使得天线阵列截面过大，不易小型化和共形。目前槽线天线作为一种性能较好的天线单元被广泛应用于宽带相控阵中，但是仍然不能解决剖面高且难于共形的原因。所以无论是在理论还是在工程实践上都迫切需要有新的方法来解决这些实际问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种更高性能的超宽带低剖面天线阵列结构，具有拓展阵列天线带宽，减小口径尺寸，降低剖面高度，以及提高阵列性能等的特点。
根据本发明提供的一种超宽带低剖面天线阵列结构，包括由上至下依次相接的天线阵面层、介质支撑层、吸波材料层及金属接地层构成堆叠结构；还包括平衡馈电连接器，下端与金属接地层固定，穿过金属接地层、吸波材料层和天线阵面层，通过探针与天线焊接馈电；天线阵元包括相同结构的两部分，每部分为从馈电端到阵元臂的渐变式结构；对于有多个阵元组成的单个阵列，外缘形状为六边形结构，上下相邻阵元与阵元之间为三角布阵；所述单个阵列每行的边缘阵元为连接到地的半虚元；对于每行阵元，相邻阵元之间的缝隙宽度小于等于高频端波长的3%；所述三角布阵是指上排一个阵元的正中间位置对应相邻下排两个相邻阵元之间正中间的位置，且上排两个相邻阵元之间正中间的位置对应相邻下排一个阵元的正中间的位置；所述半虚元是指结构并不完整的阵元部分。
对于单个阵列，最上一行阵元与最下一行阵元与介质边缘的距离为上下两行阵元之间行间距的一半。
所述渐变式结构为线性渐变式结构。
所述天线阵元为蝶形印刷阵元。
还包括设置于天线阵面层之上的辐射匹配层。
在平面和/或曲面上对所述两个以上所述单个阵列进行拓展阵列；单个阵列与单个阵列之间为无缝拼接。
所述平衡馈电连接器采用基于同轴线结构的超宽带平衡变换器。
所述超宽带平衡变换器采用类渐变线式阻抗变换器。
所述超宽带平衡变换器同轴线外导体上设置有纵向切口，所述切口的张角根据阵元阻抗设置切口张角大小。
所述吸波材料层采用硅胶胶板材料。
与现有技术相比，能够覆盖更高倍频程带宽，具备较好的阻抗匹配性能和辐射方向图；同时阵列天线口径比常规天线更小，剖面高度比常规天线更低；满足阵列天线超宽频小型化低剖面需求，利于相控阵共形，隐身方面设计。
附图说明
图1为本发明其中一实施例的阵列纵向结构示意图。
图2为本发明其中一实施例的单个阵列阵面俯视示意图。
图3为本发明其中一实施例的阵列拓展阵面部分俯视示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1到图2所示，一种超宽带低剖面天线阵列结构，包括由上至下依次相接的天线阵面层2、介质支撑层3、吸波材料层5及金属接地层6构成堆叠结构；还包括平衡馈电连接器4，下端与金属接地层6固定，穿过金属接地层6、吸波材料层5和天线阵面层2，通过探针与天线焊接馈电；天线阵元包括相同结构的两部分21，每部分为从馈电端到阵元臂的渐变式结构；对于有多个阵元组成的单个阵列，外缘形状为六边形结构，上下相邻阵元与阵元之间为三角布阵；所述单个阵列每行的边缘阵元为连接到地的半虚元22；对于每行阵元，相邻阵元之间的缝隙宽度小于等于高频端波长的3%；所述三角布阵是指上排一个阵元的正中间位置对应相邻下排两个相邻阵元之间正中间的位置，且上排两个相邻阵元之间正中间的位置对应相邻下排一个阵元的正中间的位置；所述半虚元22是指结构并不完整的阵元部分。
各层之间组装固定。对于由多个阵元组成的阵列，每行阵元相邻阵元之间的缝隙宽度小于等于高频端波长的3%，以增强阵元与阵元之间的互耦。
如图2所示，所述单个阵列，采用非矩阵布阵的形式，每行阵元的数目根据阵列尺寸不同而不同；阵列每行边缘阵元为连接到地的半虚元22，保证由两个以上单个阵列作为子阵组成的大阵列当中，其子阵阵元的良好性能。
在金属接地板上增加吸波材料，吸收天线后向辐射的电磁波，避免金属接地板的反射波对天线的辐射方向图造成影响，降低了天线剖面。
本发明基于紧耦合技术的紧密排列结构，单个阵列为六边形结构，能够根据系统需求进行平面和曲面拓展阵列规模，尤其利于共形阵列的拓展。
对于单个阵列，最上一行阵元与最下一行阵元与介质边缘的距离为上下两行阵元之间行间距的一半。
作为本发明的一种实施方式，所述渐变式结构为线性渐变式结构。
作为本发明进一步地实施方式，所述天线阵元为蝶形印刷阵元。阵列以蝶形印刷阵元作为天线阵元，天线阵元之间用极短的距离紧密排布，增强阵元与阵元之间的互耦，能够拓展阵列的工作带宽。
还包括设置于天线阵面层之上的辐射匹配层，能够拓宽阵列的扫描范围。
在平面和/或曲面（尤其适用于曲面）上对所述两个以上所述单个阵列进行拓展阵列；单个阵列与单个阵列之间为无缝拼接。
拓展方式如图3所示，阵列之间的拓展为无缝拼接保证每行出自不同子阵（单个阵列）的天线单元位置完全对齐，且每行单元数目相同。
所述平衡馈电连接器4采用基于同轴线结构的超宽带平衡变换器。
作为本发明的一种实施方式，所述超宽带平衡变换器采用类渐变线式阻抗变换器。
更进一步地，所述超宽带平衡变换器同轴线外导体上设置有纵向切口，所述切口的张角根据阵元阻抗设置切口张角大小，使得兼具平衡馈电和阻抗变换的特征。天线单元的后端设计平衡馈电巴伦，该馈电巴伦在较宽频带上兼阻抗匹配和平衡馈电特性，提高能量的传输效率的同时，结构简单、牢固，利于整个天线阵列的装配。
作为本发明的一种实施方式，所述吸波材料层采用硅胶胶板材料。
下面结合附图对本发明和实施进行详细说明。
参照图1和图2，其中：
上层介质板（辐射匹配层1），选择长为62mm，宽为38.5mm，厚度为2mm，介电常数为2.2的rogers5880介质板切角而成。
中层介质板（天线阵面层2），选择长为62mm，宽为38.5mm，厚度为0.508mm，介电常数为2.94的rogers6002介质板切角而成。
下层介质板（介质支撑层3），选择长为62mm，宽为38.5mm，厚度为2mm，介电常数接近1的泡沫材料切角而成。
吸波材料（吸波材料层5），选择长为62mm，宽为38.5mm，厚度为1mm的硅胶胶板吸波材料切角而成。
阵列共分为四行，每行单元数分别为4、5、5、4，印制在中层介质材料板上表面，单元间距为9.5mm。最上一行与最下一行距介质边缘的距离为4.75mm。
超宽带平衡变换器，切口与天线法向的张角为10°，法兰盘以上同轴馈电线的长度为5mm。最上端两探针穿到天线表面与天线馈电点焊接，馈电点为φ2mm的金属化孔。
在xx相控阵项目中，采用本发明提出的超宽带低剖面紧耦合天线阵，具有9倍频的工作带宽，更小的天线口径和更低的剖面高度取得了较好的辐射特性，同时具有较好的可拓展性。
本基于紧耦合技术的超宽带低剖面天线可以覆盖9倍频带宽，具备较好的阻抗匹配性能和辐射方向图。同时单元天线口径仅为常规天线的1/9，阵列的剖面高度为常规天线的1/10。满足阵列超宽频小型化低剖面需求，利于相控阵共形，隐身方面设计。