專利名稱：寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于用作通訊及雷達(dá)等寬帶雙極化天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種探針 四點饋電的寬帶背腔式雙層微帶貼片天線，本實用新型既可用于接收、也可用于發(fā)射無線 電波；既可用作通訊及雷達(dá)等寬帶雙極化陣列天線的組陣單元，也可單獨用作無線電設(shè)備 的終端天線。
背景技術(shù)：
對高分辨SAR合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)來說，為獲得成像目標(biāo)不同物質(zhì)特性的細(xì)節(jié)信 息，除要求天線具有大的工作寬帶外，還要求SAR具有多極化(HH、W、HV、VH)工作模式，這 就要求天線具備寬帶雙線極化工作能力。在民用方面，地面通信系統(tǒng)為抗多徑衰落而采用 的極化分集技術(shù)，也推動雙線極化天線技術(shù)的發(fā)展。因此寬帶雙線極化天線技術(shù)在軍用和 民用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣泛。同時，在某些具體的應(yīng)用中，還有諸如副瓣、隔離、重量和掃描角等方面的特殊要 求。例如對于寬角掃描平面天線陣，要求天線單元具有寬角匹配的潛力；對于極化合成孔 徑類領(lǐng)域，常常要求設(shè)計的天線具備低副瓣、低交叉極化和高隔離度等方面的特性。目前已見報道的寬帶雙極化天線形式主要有三大類，第一類是雙極化裂縫波導(dǎo)天 線，第二類是雙極化對稱振子天線，第三類是雙極化微帶貼片天線。裂縫波導(dǎo)天線的優(yōu)點 是效率高，缺點是帶寬窄，最大帶寬不會超過15%。同時由于波導(dǎo)尺寸限制，它不適用于 L波段以下的低頻天線設(shè)計。對于雙極化對稱振子天線，其優(yōu)點是帶寬寬，缺點是天線剖 面尺寸大，結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，兩種極化天線單元相同切割面的波瓣一致性差。特別是當(dāng)天線 單元數(shù)較少時，容易造成了兩種極化狀態(tài)下天線的波瓣寬度、背瓣及增益等方面的指標(biāo)差 異很大，不利于SAR的成像處理。而雙極化微帶貼片天線除了具有重量輕、加工簡單等優(yōu) 點，還具有兩極化面波瓣一致性好的特點，適合于雙極化SAR天線的設(shè)計。但對于較低工 作波段，由于微帶板厚度限制，使得常規(guī)微帶貼片天線工作帶寬較窄。為解決該問題，目前 常見技術(shù)手段有1)背腔結(jié)構(gòu)與錐形耦合探針饋電相結(jié)合(R. F. Thomas and J. Huang, Ultra-Wideband UHF Microstrip Array for Geo-SAR Application, IEEE APS., 1998,pp. 2096-2099)，在單層微帶結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了 46%的工作帶寬；2)多層微帶結(jié)構(gòu)與電容補(bǔ)償探針 ^Huang, Ζ. A. Hussein, and A. Petros, A VHF Microstrip Antenna With Wide-Bandwidth and Dual-Polarization for Sea Ice Thickness Measurement, IEEE TAP. , Vol. 55，pp. 2718-2722，Oct. 2007.)，在多層微帶結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了 30%的工作帶寬。 為實現(xiàn)高隔離、低交叉極化的雙線極化工作，兩者皆采用兩兩反相的四點饋電技術(shù)。但它們 的缺點是天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中前者錐形饋電探針的設(shè)計難度及加工難度皆較大，而后者采 用多層泡沫微帶結(jié)構(gòu)，加工精度差，使得天線的實測交叉極化性能較差。綜上所述在已有的各種微帶天線中，具有因原理或結(jié)構(gòu)而致的優(yōu)點，也存在因原 理或結(jié)構(gòu)而致的缺陷，如何使得所述各種微帶天線的優(yōu)點得到盡可能地集中，并盡可能地 克服缺陷，構(gòu)成本實用新型所需解決的具體問題。發(fā)明內(nèi)容為了將各種微帶天線的優(yōu)點得到盡可能地集中，并盡可能地克服缺陷，本實用新 型提供一種寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線。本實用新型的原理及構(gòu)思涉及以下四個方面第一，為實現(xiàn)寬帶工作，天線采用背 腔結(jié)構(gòu)結(jié)合雙層微帶結(jié)構(gòu)。其中采用背腔結(jié)構(gòu)的作用是等效增加微帶基板厚度并降低介質(zhì) 的介電常數(shù)，即通過降低天線的Q值來增加天線的工作帶寬；而采用雙層微帶結(jié)構(gòu)的目的 是為了實現(xiàn)多點諧振展寬工作帶寬。第二，采用與激勵貼片一體化設(shè)計的近耦合電抗補(bǔ)償 型饋電結(jié)構(gòu)，一方面是實現(xiàn)對天線饋電的寬帶設(shè)計，另一方面是為了簡化饋電探針的設(shè)計。 第三，寄生單元采用與天線罩的一體化的設(shè)計，既簡化結(jié)構(gòu)又有利于天線防護(hù)。第四，采用 四點饋電，通過相對端口的反相饋電實現(xiàn)雙極化天線的高隔離和低交叉極化性能。本實用新型的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如下寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線主要包括接地結(jié)構(gòu)板1、激勵微帶板2、寄生 微帶板3、饋電探針4和支撐棒5等部分。接地結(jié)構(gòu)板1上開有半封閉背腔，背腔形狀可為 方形或圓形，背腔的中心安裝有支撐柱8，見圖2和圖3。接地結(jié)構(gòu)板1的上方安裝有激勵 微帶板2，其上表面蝕刻有激勵貼片6 ；四個饋電探針4的法蘭面固定在接地結(jié)構(gòu)板1上，其端 部與激勵微帶板2上的激勵貼片6相焊接；激勵微帶板2的頂面中部安裝有支撐棒5，支撐棒 5的頂部連接著寄生微帶板3與激勵貼片6對應(yīng)的寄生微帶板3的表面上安裝有寄生貼片7。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下幾個方面的有益技術(shù)效果1、本實用新型天線將多層微帶技術(shù)、近耦合饋電補(bǔ)償技術(shù)、四點饋電技術(shù)及背腔 技術(shù)有效結(jié)合，并通過有效的天線構(gòu)型設(shè)計，使得整個天線無需泡沫或蜂窩介質(zhì)材料支持， 結(jié)構(gòu)簡單，加工精度高，在雙層微帶結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)寬帶、高隔離、低交叉極化的設(shè)計。HFSS仿真 及測試結(jié)果表明該天線可實現(xiàn)40%以上工作帶寬的優(yōu)異性能；2、寄生貼片可采用與天線罩一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得真正的微帶板層僅有一層， 一方簡化了結(jié)構(gòu)，縮減了天線剖面，同時也縮減了成本。3、該實用新型天線繼承了普通微帶貼片天線所具有的大部分優(yōu)點，如整個工作頻 帶內(nèi)天線方向圖保持良好的對稱性，雙極化模式下天線各項技術(shù)指標(biāo)的一致性好等方面。

圖1為本實用新型天線剖面結(jié)構(gòu)示意圖。[0015]圖2為方形背腔結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圓形背腔結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線陣結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實用新型天線的雙端口駐波測試曲線圖。圖6為本實用新型天線的雙端口隔離度測試曲線圖。圖7a_d為本實用新型天線陣的遠(yuǎn)場波瓣測試結(jié)果。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過實施例對本實用新型作進(jìn)一步地說明。[0022]實施例1 參見圖1，寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線主要包括接地結(jié)構(gòu)板1、激勵微帶 板2、寄生微帶板3、饋電探針4和支撐棒5等部分。其中接地結(jié)構(gòu)板1上開有半封閉背腔， 背腔形狀可為方形或圓形，背腔的中心安裝有支撐柱8，見圖2和圖3。接地結(jié)構(gòu)板1的上 方安裝有激勵微帶板2，其上表面蝕刻有激勵貼片6 ；四個饋電探針4的法蘭面固定在接地 結(jié)構(gòu)板1上，其端部與激勵微帶板2上的激勵貼片6相焊接；激勵微帶板2的頂面中部安裝 有支撐棒5，支撐棒5的頂部連接著寄生微帶板3與激勵貼片6對應(yīng)的寄生微帶板3的表面 上安裝有寄生貼片7。其中激勵微帶板2所用板材為Rogers公司生產(chǎn)的Ro4350單面覆銅板，激勵微帶 板2的介電常數(shù)為3. 48，銅箔厚度為35 μ m ；天線罩所用介質(zhì)材料由S玻璃纖維加工而成， 該材料的相對介電常數(shù)為4. 2 ；天線背腔內(nèi)的填充介質(zhì)為空氣。天線的幾何設(shè)計參數(shù)為 Wd=O. 377 λ。( λ。是中心頻率點的電磁波在自由空間中的波長)，WP=0. 296 λ。，、= 1. 524mm, h2 = 0· 1 λ 0，h3 = 0. 004 入 ο, hc = 0. 08 λ 0。該天線單元采用一個兩個寬帶反相功分器饋電，饋電電纜分別連接兩個相對端 口，圖5-6分別給出了端口駐波及端口隔離度測試曲線，可見該天線在超過40 %的頻帶內(nèi) 駐波比優(yōu)于1. 5，隔離度優(yōu)于45分貝。實施例2 參見圖4，是一個1X4單元的寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線陣。整個天線 由一個整體寄生微帶板3、四個支撐棒5、四塊激勵微帶板2、一個開有四個方形背腔的接地 結(jié)構(gòu)板1及16個與連接器一體化設(shè)計的饋電探針4等部件組成。其中寄生微帶板3由S 玻璃纖維布模壓成型，并在其背面用膠粘貼四個由銅片加工而成的寄生貼片7 ；支撐棒5由 聚四氟乙烯介質(zhì)棒加工而成；激勵微帶板由Rogers公司生產(chǎn)的1. 524mm厚Ro4350單面覆 銅板加工而成；而含有背腔的接地結(jié)構(gòu)板由金屬鋁板加工而成。對上述天線陣的各項技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試表明該天線陣在36. 7%以上的帶寬內(nèi)，駐 波比優(yōu)于1. 5，交叉極化優(yōu)于_25dB，極化隔離優(yōu)于57dB。圖7a_d分別給出工作中頻垂直極 化和水平極化各主截面的遠(yuǎn)場波瓣測試結(jié)果。
權(quán)利要求1.寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線，主要包括接地結(jié)構(gòu)板(1)、激勵微帶板(2)、 寄生微帶板(3)、饋電探針(4)和支撐棒(5)，其特征在于接地結(jié)構(gòu)板(1)上開有半封閉背 腔，背腔形狀可為方形或圓形，背腔的中心安裝有支撐柱(8);接地結(jié)構(gòu)板(1)的上方安裝有 激勵微帶板(2)，其上表面蝕刻有激勵貼片(6)；四個饋電探針(4)的法蘭面固定在接地結(jié) 構(gòu)板(1)上，其端部與激勵微帶板(2)上的激勵貼片(6)相焊接；激勵微帶板(2)的頂面中 部安裝有支撐棒(5)，支撐棒(5)的頂部連接著寄生微帶板(3)與激勵貼片(6)對應(yīng)的寄生 微帶板(3)的表面上安裝有寄生貼片(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線，其特征在于所述接 地結(jié)構(gòu)板(1)背腔內(nèi)的填充介質(zhì)為空氣。
專利摘要本實用新型涉及寬帶雙極化背腔式雙層微帶貼片天線。該天線包括開有半封閉背腔的接地結(jié)構(gòu)板，背腔內(nèi)均布設(shè)有四點饋電的四個探針。背腔的開口端面設(shè)有激勵微帶板，四個探針的端部連接著激勵微帶板的底面；激勵微帶板的頂面蝕刻有電路，激勵微帶板的頂面中部設(shè)有支撐棒，支撐棒的頂部連接著寄生微帶板，寄生微帶板上設(shè)有寄生貼片。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、剖面低、加工精度高、無需泡沫結(jié)構(gòu)支撐等諸多優(yōu)點，既繼承了普通微帶貼片天線所具有的大部分優(yōu)點，還在微帶結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了雙極化天線的寬帶、高隔離和低交叉極化性能。既可用作通訊及雷達(dá)等寬帶陣列天線的組陣單元，也可單獨用作無線電設(shè)備的終端天線。
文檔編號H01Q1/38GK201910487SQ201020650549
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者盧曉鵬, 彭海兵, 李雁, 高初 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所