專利名稱：一種高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信以及導(dǎo)航定位的微帶天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣。
背景技術(shù)：
在各種衛(wèi)星通信以及導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，單片微帶介質(zhì)天線以及介質(zhì)平面板上形成的由單片微帶介質(zhì)單元組成的微帶天線陣，已被廣泛應(yīng)用?？墒沁@種單片微帶介質(zhì)天線陣在使用時(shí)，天線陣在一定場波瓣范圍上增益比微帶介質(zhì)單元有所提高，可是不能實(shí)現(xiàn)在寬角度場波瓣上比較均勻地提高增益?？墒窃谛l(wèi)星通信，導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，要求在寬角度場波瓣內(nèi)有比較一致的高增益天線。解決上述問題的方法是使用本發(fā)明的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣。

發(fā)明內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，本發(fā)明提出一種制作高增益和寬角度場波瓣的天線陣的方法。
為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是通過多面體的微帶介質(zhì)板上形成微帶天線陣。通過考慮所需天線陣的增益和場波瓣，來設(shè)計(jì)多面體的結(jié)構(gòu)，例如天線陣設(shè)計(jì)為臺(tái)面形狀，可以使天線陣3dB場波瓣接近或大于180度。天線陣設(shè)計(jì)為球面多面體形狀，可以使天線陣3dB場波瓣接近360度。
這種可以用于高增益和寬角度場波瓣的多面體微帶天線陣，由多面體的微帶介質(zhì)板1上形成微帶金屬貼片2，接地反射面3和饋線4構(gòu)成微帶天線單元5，從而進(jìn)一步組成天線陣。作為接收天線，這種天線經(jīng)過一段饋線4和信號(hào)合成器6將各微帶天線單元5接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)合成。作為發(fā)射天線，這種天線經(jīng)過一個(gè)信號(hào)功率分配器7將發(fā)射機(jī)出來的信號(hào)經(jīng)過一段饋線4，分配到各微帶天線單元5發(fā)射出去。
此天線陣的最明顯的特征和優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出微帶介質(zhì)板結(jié)構(gòu)與底面任意角度的任意多面體，來滿足高增益和寬角度場波瓣的要求。這里由多面體的微帶介質(zhì)板1上形成微帶天線陣中的微帶天線單元5，可以是單層基板也可以是多層基板形成的各種介質(zhì)天線單元。由多面體構(gòu)成的微帶介質(zhì)天線陣，可以是球面多面體，整體天線的3dB場波瓣形成超過180度，例如近似360度的全方位天線陣。
為了提高整個(gè)接收機(jī)系統(tǒng)的靈敏度，對于接收用的微帶介質(zhì)天線陣中的各個(gè)微帶天線單元5后可以連接附加低噪聲放大器8，信號(hào)經(jīng)過各個(gè)低噪聲放大器放大，進(jìn)入到信號(hào)合成器6，進(jìn)行信號(hào)合成。同樣，為了提高整個(gè)發(fā)射機(jī)的效率，對于發(fā)射用的微帶介質(zhì)天線陣中的各個(gè)微帶天線單元5后可以連接附加功率放大器9，發(fā)射機(jī)分配出來的信號(hào)，在各個(gè)功率放大器9進(jìn)行放大后，經(jīng)天線發(fā)射到空間。
由多面體的微帶介質(zhì)板(1)上的微帶金屬貼片(2)，接地反射面(3)和饋線(4)構(gòu)成微帶天線單元(5)，從而進(jìn)一步組成多面體微帶天線陣，作為接收天線，這種天線經(jīng)過一段饋線(4)和信號(hào)合成器(6)將各微帶天線單元(5)接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)合成。
由多面體的微帶介質(zhì)板(1)上的微帶金屬貼片(2)，接地反射面(3)和饋線(4)構(gòu)成微帶天線單元(5)，從而進(jìn)一步組成多面體微帶天線陣，作為發(fā)射天線，這種天線經(jīng)過一個(gè)信號(hào)功率分配器(7)將發(fā)射機(jī)出來的信號(hào)經(jīng)過一段饋線(4)，分配到各微帶天線單元(5)發(fā)射出去。
從更廣義的角度來講，多面體的微帶介質(zhì)板上，由微帶介質(zhì)天線單元5構(gòu)成天線陣中的每個(gè)面體上可以包含一個(gè)以上微帶介質(zhì)天線單元，在這個(gè)平面體內(nèi)的多個(gè)微帶介質(zhì)天線單元組合，可以被認(rèn)為是微帶天線陣中的一個(gè)子天線陣。這個(gè)子天線陣可以提高在這個(gè)面體上的天線增益。由于子天線陣中的由多面體的微帶介質(zhì)天線單元的工作頻率及頻率范圍可以是相同的，也可以是不同的。因而設(shè)計(jì)出的各個(gè)微帶介質(zhì)天線單元5的幾何尺寸可以是相同的，也可以是不同的。進(jìn)而微帶天線陣的頻帶可以成為寬帶或者多頻帶天線陣。
參照圖1，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6，圖7，圖8，這種微帶天線陣各部分的說明如下(1).微帶介質(zhì)板1(2).微帶金屬貼片2(3).接地反射面3(4).饋線4微帶金屬貼片2與信號(hào)合成器6之間連接用，或微帶金屬貼片2與低噪聲放大器8之間連接用。
(5).微帶天線單元5(6).信號(hào)合成器6可以是微帶結(jié)構(gòu)的信號(hào)合成器，也可以是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的信號(hào)合成器。
(7).信號(hào)功率分配器7可以是微帶結(jié)構(gòu)的信號(hào)功率分配器，也可以是波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的功率分配器。
(8).低噪聲放大器8(9).功率放大器9(10).饋線10低噪聲放大器8與信號(hào)合成器的6之間連接用，或功率放大器9與信號(hào)功率分配器7之間連接用。
發(fā)明的有益效果由于本發(fā)明是利用多面體介質(zhì)板構(gòu)成微帶天線陣，多面體的角度的設(shè)計(jì)的靈活性，因此本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)a.天線陣具有寬角度場波瓣。
b.實(shí)現(xiàn)寬角度場波瓣范圍的高增益。
c.配合接收機(jī)，可以提高接收機(jī)在寬角度場波瓣上，各個(gè)方向的靈敏度。
d.配合發(fā)射機(jī)，可以提高發(fā)射機(jī)在寬角度場波瓣上，各個(gè)方向的功率輻射。
e.適合衛(wèi)星通信，衛(wèi)星導(dǎo)航定位收發(fā)信機(jī)的應(yīng)用。

圖1是本發(fā)明的微帶天線陣形狀示意圖。
圖2是本發(fā)明的多面體微帶天線陣中的微帶天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的多面體微帶天線陣作為接收天線時(shí)的信號(hào)合成圖。
圖4是本發(fā)明的多面體微帶天線陣作為發(fā)射天線時(shí)的信號(hào)功率圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施前后，天線方向圖的示意圖。
圖6是微帶介質(zhì)接收天線陣中的各個(gè)微帶天線單元5配合各個(gè)低噪聲放大器8放大，進(jìn)行信號(hào)合成的示意圖。
圖7是微帶介質(zhì)接收天線陣中各個(gè)微帶天線單元5可以連接附加功率放大器9，經(jīng)天線發(fā)射到空間示意圖。
圖8是以圖1中的4面體錐體微帶天線單元5垂直的微帶天線陣截面圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明公開了一種可以用于通信，導(dǎo)航定位的高增益和寬角度場波瓣的天線陣，其包括在由多面體的微帶介質(zhì)板上形成微帶介質(zhì)天線陣，經(jīng)過一個(gè)信號(hào)功率合成器將各微帶天線接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)合成。其特點(diǎn)是多面體的微帶介質(zhì)板根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為與底面任意角度的任意多面體，來滿足高增益和寬場波瓣的要求。
請參閱圖1，這是本發(fā)明，即4面體錐體為例的微帶天線陣形狀示意圖。
該天線包括由多面體的微帶介質(zhì)板(1)上的微帶金屬貼片(2)，接地反射面(3)和饋線(4)構(gòu)成微帶天線單元(5)，從而進(jìn)一步組成多面體微帶天線陣，其特征是多面體的微帶介質(zhì)板根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為與底面任意角度的任意多面體，來滿足高增益和寬角度場波瓣的要求。
圖2是本發(fā)明的多面體微帶天線陣中的微帶天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明的多面體微帶天線陣作為接收天線時(shí)，各個(gè)微帶天線單元的信號(hào)合成原理圖的例子。
圖4是本發(fā)明的多面體微帶天線陣作為發(fā)射天線時(shí)，各個(gè)微帶天線單元的信號(hào)功率分配原理圖的例子。
圖5是本發(fā)明實(shí)施前后，天線方向圖的示意圖的例子。其中圖5(a)本發(fā)明實(shí)施前，一個(gè)微帶天線單元的天線方向圖的例子?？梢钥闯鲆粋€(gè)微帶天線單元的天線方向圖中的3dB場波瓣比較窄。圖5(b)本發(fā)明實(shí)施后，四面椎體結(jié)構(gòu)的微帶天線陣的天線方向圖的例子。可以看出天線陣的天線方向圖中的3dB場波瓣比一個(gè)微帶天線單元的3dB場波瓣要寬許多。
這里以接收天線為例并參照圖6，這種微帶天線陣的微帶天線單元5接收到的信號(hào)經(jīng)過一段饋線4，送到低噪聲放大器8內(nèi)放大，并將各微帶天線單元5接收到的信號(hào)經(jīng)信號(hào)合成器6合成在一起。
圖7是微帶介質(zhì)接收天線陣中各個(gè)微帶天線單元5可以連接附加功率放大器9，發(fā)射機(jī)分配出來的信號(hào)，在各個(gè)功率放大器9進(jìn)行放大后，經(jīng)天線發(fā)射到空間示意圖。
圖8是以圖1中的4面體錐體為例，與微帶天線單元5垂直的微帶天線陣截面圖。這種可以用于高增益和寬角度場波瓣的多面體微帶天線陣，由多面體的微帶介質(zhì)板1上形成微帶金屬貼片2，接地反射面3和饋線4構(gòu)成如圖2整體所示的微帶天線單元5，從而進(jìn)一步組成天線陣。
本發(fā)明可作為各種高頻及微波系統(tǒng)收發(fā)天線使用。體積小，成本低，攜帶方便。尤其適用于小型化的衛(wèi)星信號(hào)收發(fā)天線。
尤其可用于各種衛(wèi)星通信以及導(dǎo)航定位系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種可以用于高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，該天線包括由多面體的微帶介質(zhì)板(1)上的微帶金屬貼片(2)，接地反射面(3)和饋線(4)構(gòu)成微帶天線單元(5)，從而進(jìn)一步組成多面體微帶天線陣，其特征是多面體的微帶介質(zhì)板根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為與底面任意角度的任意多面體，來滿足高增益和寬角度場波瓣的要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，其特征在于多面體微帶天線陣中的微帶天線單元(5)，可以是單層基板也可以是多層基板形成的各種介質(zhì)天線單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，其特征在于多面體微帶天線陣的形狀，可以是球面多面體，整體天線的場波瓣形成超過180度，近似360度的全方位天線陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，其特征在于對于接收用的微帶天線陣中的各個(gè)微帶天線單元(5)后可以連接附加低噪聲放大器(8)，信號(hào)經(jīng)過各個(gè)低噪聲放大器放大，進(jìn)入到信號(hào)合成器(6)，進(jìn)行信號(hào)合成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4所述的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，特征在于對于發(fā)射用的微帶天線陣中的各個(gè)微帶天線單元(5)后可以連接附加功率放大器(9)，發(fā)射機(jī)分配出來的信號(hào)，在各個(gè)功率放大器進(jìn)行放大后，經(jīng)天線發(fā)射到空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4或5所述的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，特征在于多面體微帶天線陣中的每個(gè)面體上可以包含一個(gè)以上微帶介質(zhì)天線單元。在這個(gè)平面體內(nèi)的多個(gè)微帶介質(zhì)天線單元組合，可以被認(rèn)為是微帶天線陣中的一個(gè)子天線陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4，5或6所述的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，特征在于多面體微帶天線陣中的微帶介質(zhì)天線單元的工作頻率及頻率范圍可以是相同的，也可以是不同的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣，特征在于多面體微帶天線陣中的各個(gè)微帶介質(zhì)天線單元5的幾何尺寸可以是相同的，也可以是不同的。
9.一種接收天線，其特征在于該天線包括由多面體的微帶介質(zhì)板(1)上的微帶金屬貼片(2)，接地反射面(3)和饋線(4)構(gòu)成微帶天線單元(5)，從而進(jìn)一步組成多面體微帶天線陣，這種天線經(jīng)過一段饋線(4)和信號(hào)合成器(6)將各微帶天線單元(5)接收到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)合成。
10.一種發(fā)射天線，其特征在于該天線包括由多面體的微帶介質(zhì)板(1)上的微帶金屬貼片(2)，接地反射面(3)和饋線(4)構(gòu)成微帶天線單元(5)，從而進(jìn)一步組成多面體微帶天線陣，這種天線經(jīng)過一個(gè)信號(hào)功率分配器(7)將發(fā)射機(jī)出來的信號(hào)經(jīng)過一段饋線(4)，分配到各微帶天線單元(5)發(fā)射出去。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信以及導(dǎo)航定位的微帶天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高增益和寬角度場波瓣的微帶天線陣。由多面體的微帶介質(zhì)板(1)上的微帶金屬貼片(2)，接地反射面(3)和饋線(4)構(gòu)成微帶天線單元(5)，從而進(jìn)一步組成多面體微帶天線陣，其特征是多面體的微帶介質(zhì)板根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為與底面任意角度的任意多面體，來滿足高增益和寬角度場波瓣的要求。其特點(diǎn)是多面體的微帶介質(zhì)板根據(jù)需要可以設(shè)計(jì)為與底面任意角度的任意多面體，來滿足高增益和寬角度場波瓣的要求。本發(fā)明可作為各種高頻及微波系統(tǒng)收發(fā)天線使用。體積小，成本低，攜帶方便。尤其適用于小型化的衛(wèi)星信號(hào)收發(fā)天線。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK1845379SQ200510063879
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者閻躍鵬 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所