專利名稱：縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微帶天線，尤其涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶增益頻響的微帶反 射陣天線。
背景技術(shù)：
目前直接利用縫隙進(jìn)行相位補(bǔ)償?shù)奈Х瓷潢囂炀€單元多采用樣i帶貼片與 刻蝕在接地板上的縫隙構(gòu)成。由于在接地板上刻蝕縫隙易造成后向輻射，進(jìn)而降 低了天線的增益。唯有一種單元由三個(gè)彼此獨(dú)立的貼片及一對(duì)刻蝕在貼片上的縫 隙構(gòu)成的反射陣，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且相位補(bǔ)償?shù)膭?dòng)態(tài)范圍小，原理上只能實(shí)現(xiàn)較 窄頻帶、較小尺寸的反射陣功能。另有一種單元由方形貼片及刻蝕在貼片上的縫 隙構(gòu)成的反射陣，通過同時(shí)調(diào)節(jié)貼片的尺寸及縫隙的長度獲得反射陣聚束輻射所 需的相位補(bǔ)償量，但其頻帶較窄。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)筒便且無需附加饋線網(wǎng) 絡(luò)的、可在較大陣列尺寸實(shí)現(xiàn)寬頻帶增益頻響的低剖面微帶反射陣天線。
技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣采用 的技術(shù)方案是
該寬頻帶微帶反射陣包括饋源和與饋源相距一定距離的反射陣，其特征在于 反射陣包括接地板和位于接地板平面上的介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片與接地板之間設(shè) 有間隙，介質(zhì)基片的下表面和接地板相對(duì)；
在介質(zhì)基片的上表面設(shè)有若干上層矩形貼片，在上層矩形貼片中設(shè)有與饋源 輻射的電磁波極化方向相垂直的上層縫隙，各上層矩形貼片之間的中心間距，在 橫向和縱向上均為0. 5 ~ 0. 8設(shè)計(jì)中心頻率的自由空間波長，各上層矩形帖片的形 狀均為矩形且相同；
在介質(zhì)基片的下表面上設(shè)有若干下層矩形貼片，在下層矩形貼片中設(shè)有與饋源輻射的電磁波極化方向相垂直的下層縫隙，各下層矩形貼片之間的中心間距， 在橫向和縱向上均為0. 5 ~ 0. 8設(shè)計(jì)中心頻率的自由空間波長，各下層矩形帖片的 形狀均為矩形且相同；
在各上層矩形貼片的下方對(duì)應(yīng)設(shè)有下層矩形貼片，下層矩形貼片的長度和寬 度分別大于上層矩形貼片的長度和寬度；
上層縫隙和下層縫隙的長度隨其所在的位置至上表面中心點(diǎn)的距離的增加而 縮短。
介質(zhì)基片為單層介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片與接地板之間設(shè)有空氣層或者泡沫介 質(zhì)層。
上層矩形帖片和下層矩形帖片保持相同的相似率，上層矩形帖片和下層矩形 帖片的長及其寬的比例可變。
上層矩形帖片的上層縫隙的長度小于下層矩形帖片的下層縫隙的長度。 有益效果與相關(guān)的反射陣相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單。與傳統(tǒng)的單層貼片結(jié)構(gòu) 反射陣相比，本發(fā)明中采用雙層矩形貼片加縫隙和空氣層，使得相位補(bǔ)償量提高 50-80%,從而陣列尺寸也相應(yīng)增加，而且-ldB降落的增益頻帶也由2-3%提高到 13-15%。在不改變貼片尺寸的情況下，僅通過改變?cè)诰匦钨N片上刻蝕的縫隙長度 實(shí)現(xiàn)寬頻帶反射陣聚束輻射所需的相位補(bǔ)償所需的場(chǎng)分量相位配置。由于縫隙是 刻蝕在矩形貼片而非接地板上'，因此后向輻射得到明顯的改善。其次，貼片釆用 矩形后能夠獲得大的相位補(bǔ)償動(dòng)態(tài)范圍。再者，在介質(zhì)基片的上下表面印刷矩形 貼片和刻蝕縫隙，引入雙諧振機(jī)理使得相位補(bǔ)償動(dòng)態(tài)范圍大大增加。最后，在本 發(fā)明的反射陣中，各單元縫隙的主要作用是提供其反射陣聚束輻射所需的相位補(bǔ) 償所需的場(chǎng)分量相位配置，再輻射的主要貢獻(xiàn)來自于各單元的貼片。同層的貼片 尺寸相同，因而結(jié)構(gòu)的周期性豐i好，能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶的增益頻響。


圖l是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中反射陣面剖面結(jié)構(gòu)示意圖3是圖1中反射陣面俯視結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的圖2和圖3中反射陣2處于同一位置的上層貼片21及其上刻 蝕的縫隙24以及下層貼片25及其上刻蝕的縫隙26的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中的相位補(bǔ)償量與矩形貼片長度s2的關(guān)系曲線圖6是本發(fā)明相位量與矩形貼片長寬比t的關(guān)系曲線圖。
以上的圖中有饋源1，反射陣2，介質(zhì)基片22,間隙23，上層矩形貼片21, 上層縫隙24，下層矩形貼片25，下層縫隙26，接地板27，定位銷28。
A，B分別為上層矩形貼片和下層矩形貼片沿橫向及縱向的周期，下層矩形長 邊a"上層矩形長邊a,,下層矩形寬邊b2,上層矩形寬邊b,，下層縫隙的長度s2， 上層縫隙的長度s,
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
參見圖1，本發(fā)明提供的縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣，包括饋源l和與饋源 l相距一定距離的反射陣2。
參見圖2，圖3，反射陣2包括接地板27和具有上表面及下表面的介質(zhì)基片 22，在介質(zhì)基片22與接地板27之間設(shè)有間隙23,介質(zhì)基片22的下表面和接地板 27相對(duì)；
在介質(zhì)基片22的上表面設(shè)有若干上層矩形貼片21,在上層矩形貼片21中設(shè) 有與饋源1輻射的電磁波極化方向相垂直的上層縫隙24,各上層矩形貼片21之間 的中心間距，在橫向和縱向上均為0. 5-0. 8設(shè)計(jì)中心頻率的自由空間波長，各上 層矩形帖片21的形狀相同；
在介質(zhì)基片22的下表面上設(shè)有若干下層矩形貼片25，在下層矩形貼片25中 設(shè)有與饋源1輻射的電磁波極化方向相垂直的下層縫隙26，各下層矩形貼片25 之間的中心間距，在橫向和縱向上均為0. 5 ~ 0. 8設(shè)計(jì)中心頻率的自由空間波長， 各下層矩形帖片25的形狀相同；
在各上層矩形貼片21的下方對(duì)應(yīng)設(shè)有下層矩形貼片25,下層矩形貼片25的 長度和寬度分別大于上層矩形貼片21的長度和寬度；
上層縫隙24和下層縫隙26的長度隨其所在的位置至上表面中心點(diǎn)的距離的 增加而縮短。
介質(zhì)基片22和接地金屬板27的固定可以采用現(xiàn)有技術(shù)中常見的多種措施， 在本實(shí)施例中，采用定位銷2 8對(duì)其進(jìn)行定位和固定。
圖4是圖2和圖3中反射陣2中某個(gè)上層貼片21及其上的縫隙24和其下方的下層貼片25及其上的縫隙26的結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖1 -圖6,采用厚1 mm的介質(zhì)(s r = 2.2)基片22和1 mm空氣隙的121 元貼片陣，上層矩形貼片和下層矩形貼片沿橫向及縱向的周期都是18mm，同層的 矩形貼片具有相同的尺寸，上層矩形帖片21和下層矩形貼片25的寬長比率均取 0. 8,上層矩形帖片21和下層矩形貼片25尺寸的比率及同一位置上的上層縫隙24 和下層縫隙26的長度的比率都取0. 6。按貼片中心(或縫隙中心)與陣面中央的 距離由小到大的順序，下層矩形貼片25上所刻蝕的下層縫隙26的長度(mm)依次 為{12， 11.8， 11.6, 11.2， 11.0， 10.6， 10.5， 10.4, 9.6, 8.6, 8.1， 7,6， 6.8, 5.2, 5.1, 4.6， 4.2, 4.1， 4.0, 3.8}。設(shè)計(jì)頻率為10. 5 GHz,以漸變槽線的印 刷輻射器作為線極化饋源，增益降落ldB的頻帶為15 %。實(shí)現(xiàn)寬頻帶增益頻響的 低剖面微帶反射陣天線。
本發(fā)明可延拓涵蓋按非周期性排列的貼片加縫隙陣按相同原理構(gòu)成的具有 寬頻帶增益頻響的反射陣天線；多層貼片加縫隙陣按相同原理構(gòu)成的具有寬頻帶 增益頻響的反射陣天線；各層貼片/縫隙尺寸之比率隨貼片/縫隙而不同的貼片加 縫隙陣按相同原理構(gòu)成的反射陣天線。
本發(fā)明矩形貼片的具體形狀和參數(shù)可通過以下措施來確定
矩形貼片及貼片上所刻蝕的縫隙按二維周期排列，同一層的矩形貼片的尺寸 相同，同一位置上的上下層矩形貼片及上下層縫隙形狀分別相似，相似率為^。 上下層矩形貼片由三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)決定下層矩形長邊"2以及矩形的寬長比t及上 下層貼片相似率S。單元中的縫隙由三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)決定縫隙寬度(本實(shí)施例中 所有的縫隙寬度相等)、下層縫隙的長度^及上下層縫隙的相似率^,在選定介 質(zhì)材料及其厚度、空氣層厚度后確定上下層矩形貼片的結(jié)構(gòu)參數(shù)、根據(jù)饋源離開 陣列的距離、格點(diǎn)的周期等參數(shù)為每個(gè)單元設(shè)計(jì)合適的、上下層縫隙長度A, ^能 實(shí)現(xiàn)寬頻帶反射陣聚束輻射所需的相位補(bǔ)償所需的場(chǎng)分量相位配置。
便于說明各個(gè)單元結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)過程，以下表述基于給定別的結(jié)構(gòu)參數(shù)， 這并不失一般性。給定參數(shù)介質(zhì)基片(s r = 2. 2)厚度1 mm、饋源高度F= 166. 3mm, 空氣隙厚度1 mm、上層矩形貼片和下層矩形貼片沿橫向及縱向的周期爿=5 = 18 mm,工作頻率f = 10. 5GHz。同一位置的上層/下層貼片尺寸的相似率根據(jù)不同材料 可以在0. 5到0. 7之間取值，例如本實(shí)施例所有單元的相似率5均取0. 6。中心單元用坐標(biāo)^，^標(biāo)識(shí)，坐標(biāo)("，w)標(biāo)識(shí)距離中心單元橫向n個(gè)周期、 縱向m個(gè)周期的單元。中心單元下層縫隙長度的取值接近周期A，取&(Q，G) =13mm ^("，附)用以實(shí)現(xiàn)第(",附)個(gè)單元的相位補(bǔ)償A"",w) , MK"，附)由下式確定
其中,為給定的工作頻率(Hz) ， F為饋源高度(mm), A為周期( mm) , C
為光速。^("，M)由下列曲線上對(duì)應(yīng)于—("，M)的坐標(biāo)值確定。該曲線是在上述
給定條件下得出的，若改變材料參數(shù)等也可以與之相似的曲線。曲線計(jì)算機(jī)模擬
仿真得到，可選用的仿真軟件有如Ansoft公司的HFSS、 CST公司的Microwave Studio CST等高頻仿真軟件。在仿真中將單元置于無限周期陣列中(即采用周期 邊界條件)，采用極化方向垂直于縫隙長度方向的線極化平面波激勵(lì)，考察遠(yuǎn)區(qū) 場(chǎng)主極化波的相位量隨^("，M)的變化關(guān)系即得到該曲線。
權(quán)利要求
1、一種縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣，包括饋源(1)和與饋源(1)相距一定距離的反射陣(2)，其特征在于反射陣(2)包括接地板(27)和位于接地板(27)平面上的介質(zhì)基片(22)，在介質(zhì)基片(22)與接地板(27)之間設(shè)有間隙(23)，介質(zhì)基片(22)的下表面和接地板(27)相對(duì)；在介質(zhì)基片(22)的上表面設(shè)有若干上層矩形貼片(21)，在上層矩形貼片(21)中設(shè)有與饋源(1)輻射的電磁波極化方向相垂直的上層縫隙(24)，各上層矩形貼片(21)之間的中心間距，在橫向和縱向上均為0.5～0.8設(shè)計(jì)中心頻率的自由空間波長，各上層矩形帖片(21)的形狀均為矩形且相同；在介質(zhì)基片(22)的下表面上設(shè)有若干下層矩形貼片(25)，在下層矩形貼片(25)中設(shè)有與饋源(1)輻射的電磁波極化方向相垂直的下層縫隙(26)，各下層矩形貼片(25)之間的中心間距，在橫向和縱向上均為0.5～0.8設(shè)計(jì)中心頻率的自由空間波長，各下層矩形帖片(25)的形狀均為矩形且相同；在各上層矩形貼片(21)的下方對(duì)應(yīng)設(shè)有下層矩形貼片(25)，下層矩形貼片(25)的長度和寬度分別大于上層矩形貼片(21)的長度和寬度；上層縫隙(24)和下層縫隙(26)的長度隨其所在的位置至上表面中心點(diǎn)的距離的增加而縮短。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣，其特征在于介 質(zhì)基片(22 )為單層介質(zhì)基片，在介質(zhì)基片(22)與接地板(27 )之間設(shè)有空氣層 或者泡沫介質(zhì)層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣，其特征在于上 層矩形帖片(21)和下層矩形帖片(25)保持相同的相似率，上層矩形帖片(21) 和下層矩形帖片(25)的長及其寬的比例可變。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣，其特征在于上 層矩形帖片(21)的上層縫隙(24)的長度小于下層矩形帖片(25)的下層縫隙(26)的長度。
全文摘要
縫隙加載的寬頻帶微帶反射陣包括饋源(1)和與饋源(1)相距一定距離的反射陣(2)，反射陣(2)包括接地板(27)和位于接地板(27)平面上的介質(zhì)基片(22)，在介質(zhì)基片(22)與接地板(27)之間設(shè)有間隙(23)，介質(zhì)基片(22)的下表面和接地板(27)相對(duì)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，由于采用雙層矩形貼片加縫隙和空氣層，使得相位補(bǔ)償量提高50-80％，從而陣列尺寸也相應(yīng)增加，而且-1dB降落的增益頻帶也由2-3％提高到13-15％。
文檔編號(hào)H01Q3/30GK101494319SQ200910025620
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者劉震國 申請(qǐng)人:東南大學(xué)