專利名稱：高增益降低表面波型天線的制作方法
技術領域：
高增益降低表面波型天線技術領域[0001]本實用新型涉及天線領域，具體是指一種用于相控陣天線和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的 高增益RSW天線。
背景技術：
[0002]在移動衛(wèi)星通信中，需要地面接收天線具有高增益，而高增益的平面相控陣天 線復雜度及設計制造難度都很大，成本也高。該領域另有一種廣泛使用的反射面天線， 但其結構比較笨重，天線的整體體積較大，在應用于衛(wèi)星通信時受到空間、重量等多方 面的限制。微帶天線具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，目前已成為天線研究領域的 一個主要研究方向，由于該種天線也存在增益低、帶寬窄、前后比差等缺點，因此在移 動衛(wèi)星通信領域中沒有得到應用和普及。因此，研究設計能夠應用于移動衛(wèi)星通信領域 具有高增益的平面微帶天線以及天線陣列將是非常有意義的。[0003]提高微帶天線增益的一種有效可行的方法是降低微帶天線的表面波輻射從而提 高天線輻射性能。降低微帶天線表面波輻射的方法很多，例如，有些天線在矩形環(huán)微帶 天線 SRP Mhorted Rectangular Patches)或圓環(huán)形微帶天線 SAP ^horted Annual Patches)的中心環(huán)處通過一個環(huán)形金屬薄壁短接到接地板，實現(xiàn)工作頻率在1.5GHz的天線增益達到 IOdBi左右，其原理是由于特定半徑的磁流環(huán)不會激勵起表面波，同樣半徑的環(huán)形微帶天 線也不會激起表面波輻射，從而獲得窄而光滑的輻射方向圖進而提高天線的增益，這種 種類的天線都屬于為RSW(Reduced Surface-Wave)天線，即降低表面波型天線。但上述 RSW天線增益仍有待提高，以便滿足高端衛(wèi)星通信要求。實用新型內(nèi)容[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術方案為一種高增益RSW天線，包 括上層附有金屬接地板的基板、設于基板上方的天線輻射單元、設于基板下方的饋電單 元，所述天線輻射單元中間設孔，沿孔周邊設短路墻連接天線輻射單元與基板上層的金 屬接地板并對天線輻射單元形成支撐，金屬接地板上設H型槽，饋電單元通過H型槽實 現(xiàn)對天線輻射單元的耦合饋電。[0005]具體的，所述天線輻射單元中間孔為矩形孔；所述短路墻為具有一定高度且圍 繞所述矩形孔邊設置的一矩形導體；所述H型槽位于金屬接地板上偏向饋電單元的方 向，且在天線輻射單元覆蓋范圍內(nèi)。[0006]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型在現(xiàn)有RSW天線基礎上，采用單層基板，并在基 板上設短路墻支撐輻射單元，以在輻射單元與基板間形成一層空氣介質(zhì)，并采用H型槽 耦合的方式進一步提高饋電的耦合量，進而大幅度提高天線的增益。此種天線大大降低 了微帶天線表面波的激發(fā)，且天線增益高，更適用于相控陣天線系統(tǒng)或作為衛(wèi)星通訊天 線使用。


[0007]圖1是本實用新型所述RSW天線實施例立體結構示意圖；[0008]圖2是本實用新型所述RSW天線實施例結構透視圖；[0009]圖3是本實用新型所述RSW天線實施例仿真和測試的VSWR曲線圖；[0010]圖4是本實用新型所述RSW天線實物測量的E面方向性圖；[0011]圖5是本實用新型所述RSW天線實物測量的H面方向性圖。
具體實施方式
[0012]
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。[0013]如圖1、2所示，本實用新型所述RSW天線包括上層附有金屬接地板5的基板 1，基板上方設天線輻射單元2，該輻射單元為一金屬貼片，基板下方設饋電單元3，該 饋電單元為一微帶線。所述天線輻射單元2即在金屬貼片中間開孔，沿孔周邊設短路墻 4連接天線輻射單元與基板上層的金屬接地板5并對金屬貼片2形成支撐，金屬接地板5 上設H型槽，饋電單元3通過H型槽實現(xiàn)對天線輻射單元2的耦合饋電。[0014]圖中所示實施例，所述天線輻射單元2中間孔為矩形孔，對應的短路墻也為矩 形且具有導電作用的金屬墻狀體；H型槽位于金屬接地板上，偏向饋電單元3方向，且部 分在天線輻射單元2覆蓋范圍內(nèi)。[0015]設計時，根據(jù)天線具體工作波段確定各種參數(shù)。例如，如圖2，根據(jù)天線所需工 作頻率，首先要確定天線基板1的介電常數(shù)和厚度、輻射單元2的尺寸和金屬短路墻4的 尺寸。一般情況下要考慮基板1的尺寸及體積重量對天線方向特性的影響以及基板1厚 度對天線頻帶、效率的影響，進而確定基板的介電常數(shù)和厚度。[0016]在確定基板的介電常數(shù)％和厚度h的基礎上，由于設計天線工作于主模TMtll模，所述天線的金屬貼片2長度L近似為λ g/2，Xg為基板介質(zhì)內(nèi)波長，Λ = ^^ A0為自由空間波長，ε e為基板的有效介電常數(shù)，￡6可表示為-1/2ετ +1 Er[0017] Se = ~L— +2 2IOhW(1.1)[0018] 由式(1.1)可知當％和h已知時，ε 6取決于金屬貼片的寬度W，而金屬貼片長 度L的尺寸又取決于％，因此貼片寬度W應首先確定。W的尺寸還影響著所述天線的 方向性函數(shù)、輻射電阻及輸入阻抗，從而也就影響著天線工作頻帶的寬度和輻射效率。 另外，W的尺寸直接的支配著所述天線的總尺寸。在尺寸允許的條件下W取的適當大些 對頻帶、效率及阻抗匹配都有利，但當W尺寸大于下式給出的值時將產(chǎn)生高次模，從而 引起場的畸變[0019] W =/ t、-V2 c ε.+V2f_l 2 /(L2)[0020]式中c是光速， ；是天線的諧振頻率。由上式可知W總是取小于λ 0/2的值。[0021]矩形微帶天線的長度理論上取λ8/2，但實際上由于邊緣場的影響則取L =40.5Ag-2AL[0022]其中
權利要求1.一種高增益降低表面波型天線，包括上層附有金屬接地板的基板(1)、設于基板上 方的天線輻射單元O)、設于基板下方的饋電單元(3)，其特征在于所述天線輻射單元 (2)中間設孔，沿孔周邊設短路墻(4)連接天線輻射單元與基板上層的金屬接地板并對天 線輻射單元形成支撐，金屬接地板上設H型槽，饋電單元C3)通過H型槽實現(xiàn)對天線輻 射單元O)的耦合饋電。
2.根據(jù)權利要求1所述的高增益降低表面波型天線，其特征在于所述天線輻射單 元O)中間孔為矩形孔。
3.根據(jù)權利要求2所述的高增益降低表面波型天線，其特征在于所述短路墻(4)為 具有一定高度且圍繞所述矩形孔邊設置的一矩形導體。
4.根據(jù)權利要求3所述的高增益降低表面波型天線，其特征在于所述H型槽位于 金屬接地板上偏向饋電單元(3)的方向，且在天線輻射單元( 覆蓋范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求4所述的高增益降低表面波型天線，其特征在于所述天線輻射單 元O)的寬度W< λ。/2，λ。為自由空間波長；長度L = 0.5Xg-2AL，Xg為基板內(nèi)波AL ^ ^ (^e+0.3) (PF/h+0.264) 長，al由~^=0.412\ ^ Zttwi八。、‘確定，、為基板的有效介電常數(shù)，h是基 h(fe-0.258)(PF/h+0.8)板的厚度。
6.根據(jù)權利要求5所述的高增益降低表面波型天線，其特征在于所述基板內(nèi)波長 Ag= 7/7 、為基板的有效介電常數(shù)。
專利摘要本實用新型涉及天線領域，具體是指一種用于相控陣天線和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的高增益RSW(Reduced Surface-Wave)天線。所述天線包括上層附有金屬接地板的基板、設于基板上方的天線輻射單元、設于基板下方的饋電單元，所述天線輻射單元中間設孔，沿孔周邊設短路墻連接天線輻射單元與基板上層的金屬接地板并對天線輻射單元形成支撐，金屬接地板上設H型槽，饋電單元通過H型槽實現(xiàn)對天線輻射單元的耦合饋電。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所述天線大大降低了微帶天線表面波的激發(fā)，且天線增益高，更適用于相控陣天線系統(tǒng)或作為衛(wèi)星通訊天線使用。
文檔編號H01Q1/48GK201812921SQ20102023321
公開日2011年4月27日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權日2010年6月17日
發(fā)明者吳荻, 馬凱 申請人:惠州市碩貝德通訊科技有限公司