專利名稱：低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線的制作方法
低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于天線跟蹤速度的要求日益提高，電掃描天線因其波速掃描時(shí)間極低，信號(hào)衰減小，運(yùn)行性能好等優(yōu)點(diǎn)已基本取代機(jī)械掃描天線。采用頻率掃描實(shí)現(xiàn)波束掃描原理簡(jiǎn)單，饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低。傳統(tǒng)的頻率掃描天線由作為相移單元的蛇形慢波波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和作為輻射單元的波導(dǎo)縫隙天線組成。由于波導(dǎo)損耗極低，因此可以實(shí)現(xiàn)較高增益的頻率掃描天線陣列(請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)I :R. s. Elliot, “ Antenna theory and design, ” New York: Prentice-Hall, 1981)。然而，由于波導(dǎo)體積大，重量重，并且不能進(jìn)行平面化設(shè)計(jì)，和其他器件難以集成，此類頻率掃描天線無(wú)法滿足日益發(fā)展的現(xiàn)代雷達(dá)通信要求。
近年來(lái)，采用漏波技術(shù)以及左右手傳輸線技術(shù)的頻率表掃描天線由于其低剖面、 體積小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)引起了學(xué)者們的極大興趣。然而，由于平面化電路的要求，這些用于頻率掃描的漏波天線都共同存在一個(gè)問(wèn)題，那就是損耗。由于采用平面印刷工藝，介質(zhì)損耗的引入使得平面漏波天線的傳輸損耗比波導(dǎo)頻掃天線要大很多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高增益的頻掃陣列天線，且常常出現(xiàn)頻帶內(nèi)增益起伏較大的現(xiàn)象。另外，此類漏波天線由于在設(shè)計(jì)時(shí)行波傳輸結(jié)構(gòu)和輻射單元是一體的，所以在實(shí)現(xiàn)陣列的不同分布上存在困難，在進(jìn)行波束掃描的同時(shí)較難滿足低副瓣的要求(請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)2 Y. Dong and T. Itoh, “ Composite right/ left-handed substrate integrated waveguide and half mode substrate integrated waveguide leaky-wave structures, ” IEEE Trans. Antenna. Propag.，vol. 59，no. 3，pp. 767-775，Mar. 2011)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種損耗低，副瓣低，增益高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)的低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線，由三層平面介質(zhì)基板組成，三層平面介質(zhì)基板重疊布置，并且每層平面介質(zhì)基板之間有間隔，三層平面介質(zhì)基板通過(guò)塑料螺釘固定， 其中，第一層平面介質(zhì)基板包括天線輻射單元和地板，第二層平面介質(zhì)基板的上下表面對(duì)稱布置，包括慢波蛇形線結(jié)構(gòu)，功分器，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)，匹配負(fù)載，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)的末端連接到匹配負(fù)載，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)和功分器連接，功分器和傳輸線饋電結(jié)構(gòu)連接，第三層平面介質(zhì)基板為地板。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明天線采用基于雙面懸置空氣帶狀線的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)作為頻率掃描天線的相移結(jié)構(gòu)，由于采用空氣作為該結(jié)構(gòu)的傳輸媒質(zhì)，其傳輸損耗相較于一般平面?zhèn)鬏斁€小很多，為天線實(shí)現(xiàn)高增益奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，通過(guò)慢波線結(jié)構(gòu)輪廓、折數(shù)、尺寸的適當(dāng)選擇和優(yōu)化，使得移相傳輸結(jié)構(gòu)的損耗進(jìn)一步減小，且可滿足不同的頻帶范圍需要。
(2)本發(fā)明將慢波蛇形線結(jié)構(gòu)、傳輸線饋電結(jié)構(gòu)和天線輻射單元分開，互相不影響，可以方便的進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)很高的設(shè)計(jì)靈活性。首先，饋線的獨(dú)立設(shè)計(jì)，可以很好的滿足頻率掃描天線的角度掃描范圍、頻帶資源、傳輸損耗的各部分要求，通過(guò)對(duì)慢波蛇形線結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行折中選擇，很容易滿足設(shè)計(jì)的需求。其次，天線輻射單元的單獨(dú)設(shè)計(jì)，可以使得其形式多樣化，可以根據(jù)項(xiàng)目或產(chǎn)品的需要進(jìn)行適當(dāng)選擇。
(3)本發(fā)明中慢波蛇形線結(jié)構(gòu)以及傳輸線饋電結(jié)構(gòu)和天線輻射單元分開，使得天線的幅度分布控制容易實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)節(jié)功分器的能量分配，即可實(shí)現(xiàn)要求，獲得想要的天線副瓣水平，實(shí)現(xiàn)低副瓣。此時(shí)，天線中的所有天線輻射單元尺寸是相同的，只需要調(diào)節(jié)功分器即可，方便且易實(shí)現(xiàn)。
(4)本發(fā)明同時(shí)滿足了平面化，低損耗、低副瓣以及高增益的要求。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I天線的整體結(jié)構(gòu)俯視透視圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例I天線的立體結(jié)構(gòu)的正視圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例I天線的第一層平面介質(zhì)基板的俯視圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例I天線的第二層平面介質(zhì)基板的俯視圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例I天線的S參數(shù)仿真與實(shí)測(cè)圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例I天線的增益仿真、實(shí)測(cè)結(jié)果和效率圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例2天線的整體結(jié)構(gòu)俯視透視圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例2天線的立體結(jié)構(gòu)的正視圖。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例2天線的第一層平面介質(zhì)基板的俯視圖。
圖10為本發(fā)明實(shí)施例2天線的第二層平面介質(zhì)基板的俯視圖。
圖11為本發(fā)明實(shí)施例3天線的整體結(jié)構(gòu)俯視透視圖。
圖12為本發(fā)明實(shí)施例3天線的立體結(jié)構(gòu)的正視圖。
圖13為本發(fā)明實(shí)施例3天線的第一層平面介質(zhì)基板的俯視圖。
圖14為本發(fā)明實(shí)施例3天線的第二層平面介質(zhì)基板的俯視圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
實(shí)施例I :一種低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線，由三層平面介質(zhì)基板組成，三層平面介質(zhì)基板重疊布置，并且每層平面介質(zhì)基板之間有間隔，三層平面介質(zhì)基板通過(guò)塑料螺釘6固定，其中，第一層平面介質(zhì)基板7包括天線輻射單元和地板，第二層平面介質(zhì)基板8的上下表面對(duì)稱布置，包括慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2，耦合功分器3，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4，匹配負(fù)載5，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2的末端連接到匹配負(fù)載5，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2和耦合功分器3耦合連接，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4和耦合功分器3連接，第三層平面介質(zhì)基板9為地板。
圖I給出本發(fā)明天線的整體結(jié)構(gòu)俯視圖(透視圖)，圖2給出其立體結(jié)構(gòu)的正視圖。 圖中實(shí)線所示結(jié)構(gòu)為印刷在介質(zhì)基板上的金屬圖形，虛線所示為刻蝕掉金屬的部分，黑色填充部分為支撐該天線結(jié)構(gòu)使用的塑料螺釘6。從圖中可以看到，本專利所述的天線由三層平面介質(zhì)基板組成，位于中間的第二層平面介質(zhì)基板8的上、下表面對(duì)稱印刷了慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2作為頻率掃描天線的移相單元，和作為功率分配的耦合功分器3以及對(duì)矩形輻射縫隙天線單元I進(jìn)行饋電的傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4，與第二層平面介質(zhì)基板8分別相距同樣距離的第一層平面介質(zhì)基板7的底層金屬表面和第三層平面介質(zhì)基板9的上金屬表面共同作為該天線的接地面。此三層結(jié)構(gòu)共同形成雙面懸置空氣帶狀線，為了激勵(lì)起雙面懸置空氣帶狀線的偶模，在慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2上制作了多個(gè)金屬化通孔，以此連接第二層平面介質(zhì)基板8的上下金屬表面上對(duì)稱布置的所有圖形，使得分布在上下金屬表面的相同圖形獲得同等的電壓。圖中高度為He的部分為空氣，是此雙面懸置空氣帶狀線的傳輸媒質(zhì)，由于此時(shí)結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)絕大部分都分布在上下兩層空氣中，因而能量在損耗極低的空氣中進(jìn)行傳輸，用以達(dá)到減小天線結(jié)構(gòu)損耗的目的。在第一層平面介質(zhì)基板7的下金屬表面刻蝕矩形輻射縫隙天線單元1，作為輻射口徑。此時(shí)，低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線形成。
圖3給出所發(fā)明天線的第一層平面介質(zhì)基板，其中虛線矩形結(jié)構(gòu)則是刻蝕于第一層平面介質(zhì)基板7的下金屬表面上的多個(gè)矩形輻射縫隙天線單元I。該平面介質(zhì)基板的上金屬表面全部腐蝕。
圖4為第二層平面介質(zhì)基板8的上下表面對(duì)稱印刷的相同的矩形輪廓的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2、耦合功分器3以及傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4。相鄰的耦合功分器3之間的間距是相等的， 以此保證各矩形輻射縫隙天線單元I之間的空間相位差相同。此距離的選取必須避免天線掃描過(guò)程中柵瓣的形成。兩相鄰單元之間的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2尺寸的確定是根據(jù)所設(shè)計(jì)的頻率掃描天線的工作頻率、頻帶資源、頻率掃描角度范圍以及天線設(shè)計(jì)中可接受的傳輸損耗而共同折中決定的。其中矩形輪廓的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2的折數(shù)和橫向尺寸對(duì)其自身的傳輸損耗影響很大，需要進(jìn)行適當(dāng)選擇。圖中每個(gè)耦合功分器3的耦合間距是不同的，用以分配不同的能量到各矩形輻射縫隙天線單元1，從而實(shí)現(xiàn)需要的天線幅度分布，達(dá)到設(shè)計(jì)的副瓣要求。從耦合功分器3獲得的能量經(jīng)過(guò)四分之波長(zhǎng)阻抗變換器與矩形輻射縫隙天線單元 I的傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4相連。
制作的實(shí)施例設(shè)計(jì)中心頻率為9. 5 GHz，設(shè)計(jì)頻帶范圍為8. 8 GHz-10. 6 GHz，掃描范圍為-35° +45°，要求副瓣為20dB。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用25dB的泰勒分布進(jìn)行幅度分布設(shè)計(jì)，采用介電常數(shù)為2. 2，損耗角正切為O. 0009，厚度為O. 254 mm的介質(zhì)基板Rogers 5880作為本發(fā)明天線中的第二層平面介質(zhì)基板8，介電常數(shù)為3. 55，損耗角正切為O. 0027， 厚度為O. 508 mm的介質(zhì)基板Rogers 4003作為第一層平面介質(zhì)基板7和第三層平面介質(zhì)基板8。
所制作天線由16單元組成。各天線單元間距選取為14. 4mm，相當(dāng)于中心頻率 9. 5GHz處的O. 46倍波長(zhǎng)，用以避免掃描過(guò)程中柵瓣的出現(xiàn)。作為移相的矩形輪廓的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2采用具有三個(gè)彎折的蛇形線單元(此處彎折數(shù)的計(jì)算為慢波蛇形線結(jié)構(gòu)中從左至右出現(xiàn)的完整的“幾”字形的個(gè)數(shù))，其傳輸損耗只有O. ldB，根據(jù)該結(jié)構(gòu)的等效色散曲線圖可以很容易的得到它的波束掃描范圍。通過(guò)合理設(shè)計(jì)各耦合功分器3的耦合尺寸，可以很好的實(shí)現(xiàn)所需的幅度分布。
圖5所示為所述天線的實(shí)測(cè)波束掃描方向圖，該天線在8. 8-10. 6 GHz的頻帶范圍內(nèi)波束由-31. 5°掃描至+46°，頻率掃描靈敏度為43.05° /GHz0在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，方向圖副瓣均在20dB左右，除了在頻帶邊緣的個(gè)別頻點(diǎn)。圖6為該天線的仿真與測(cè)試增益結(jié)果，天線的仿真輻射效率也能在圖中觀察到。在I. SGHz的頻帶范圍內(nèi)，天線增益起伏較小， 且最大增益值達(dá)到了 15. 5dBi，天線的最大輻射效率也達(dá)到了 85%。這都高于一般的印刷工藝形式的頻率掃描天線。
本實(shí)施例中作為移相單元的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2采用矩形輪廓、彎折數(shù)為三的蛇形線結(jié)構(gòu)，但并不限于此，輪廓(如三角形、菱形)、彎折次數(shù)不受限制，只需要滿足設(shè)計(jì)需要的頻帶資源、掃頻范圍、適當(dāng)?shù)膫鬏敁p耗即可，并且慢波蛇形線結(jié)構(gòu)的縱向尺寸必須保證在掃描時(shí)不會(huì)出現(xiàn)柵瓣。
另外，本實(shí)施例中采用耦合功分器3進(jìn)行功率分配，將能量分配給矩形輻射縫隙天線單元I。在設(shè)計(jì)中，用于功率分配時(shí)的耦合功分器并不是唯一的選擇，也可以采用直接型功分器，用帶線直接與慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2連接，將能量分配出來(lái)。
實(shí)施例2 由三層平面介質(zhì)基板組成，三層平面介質(zhì)基板重疊布置，并且每層平面介質(zhì)基板之間有間隔，三層平面介質(zhì)基板通過(guò)塑料螺釘6固定，其中，第一層平面介質(zhì)基板7包括天線輻射單元和地板，第二層平面介質(zhì)基板8的上下表面對(duì)稱布置，包括慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2，耦合功分器3，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4，匹配負(fù)載5，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2的末端連接到匹配負(fù)載5，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2和耦合功分器3耦合連接，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4和耦合功分器3連接，第三層平面介質(zhì)基板9為地板。
圖7給出本發(fā)明天線的整體結(jié)構(gòu)俯視圖(透視圖)，圖8給出其立體結(jié)構(gòu)的正視圖。 圖中實(shí)線所示結(jié)構(gòu)為印刷在介質(zhì)基板上的金屬圖形，虛線所示為刻蝕掉金屬的部分，黑色填充部分為支撐該天線結(jié)構(gòu)使用的塑料螺釘6。從圖中可以看到，本例所述的天線由三層平面介質(zhì)基板組成，位于中間的第二層平面介質(zhì)基板8的上、下表面對(duì)稱印刷了慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2作為頻率掃描天線的移相單元，和作為功率分配的耦合功分器3以及對(duì)圓環(huán)輻射縫隙天線單元10進(jìn)行饋電的傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4，與第二層平面介質(zhì)基板8分別相距同樣距離的第一層平面介質(zhì)基板7的底層金屬表面和第三層平面介質(zhì)基板9的上金屬表面共同作為該天線的接地面。此三層結(jié)構(gòu)共同形成雙面懸置空氣帶狀線，為了激勵(lì)起雙面懸置空氣帶狀線的偶模，在慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2上制作了多個(gè)金屬化通孔，以此連接第二層平面介質(zhì)基板8的上下金屬表面上對(duì)稱布置的所有圖形，使得分布在上下金屬表面的相同圖形獲得同等的電壓。圖中高度為He的部分為空氣，是此雙面懸置空氣帶狀線的傳輸媒質(zhì)，由于此時(shí)結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)絕大部分都分布在上下兩層空氣中，因而能量在損耗極低的空氣中進(jìn)行傳輸， 用以達(dá)到減小天線結(jié)構(gòu)損耗的目的。在第一層平面介質(zhì)基板7的下金屬表面刻蝕圓環(huán)輻射縫隙天線單元10，作為輻射口徑。此時(shí)，低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線形成。
圖9給出所發(fā)明天線的第一層平面介質(zhì)基板7，其中虛線圓環(huán)結(jié)構(gòu)則是刻蝕于第一層平面介質(zhì)基板7的下金屬表面上的多個(gè)圓環(huán)輻射縫隙天線單元10。該平面介質(zhì)基板的上金屬表面全部腐蝕。
圖10為第二層平面介質(zhì)基板8的上下表面對(duì)稱印刷的相同的矩形輪廓的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2、耦合功分器3以及傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4。相鄰的耦合功分器3之間的間距是相等的，以此保證各圓環(huán)輻射縫隙天線單元10之間的空間相位差相同。此距離的選取必須避免天線掃描過(guò)程中柵瓣的形成。兩相鄰單元之間的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2尺寸的確定是根據(jù)所設(shè)計(jì)的頻率掃描天線的工作頻率、頻帶資源、頻率掃描角度范圍以及天線設(shè)計(jì)中可接受的傳輸損耗而共同折中決定的。其中矩形輪廓的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2的折數(shù)和橫向尺寸對(duì)其自身的傳輸損耗影響很大，需要進(jìn)行適當(dāng)選擇。圖中每個(gè)耦合功分器3的耦合間距是不同的，用以分配不同的能量到各圓環(huán)輻射縫隙天線單元10，從而實(shí)現(xiàn)需要的天線幅度分布，達(dá)到設(shè)計(jì)的副瓣要求。從耦合功分器3獲得的能量經(jīng)過(guò)四分之波長(zhǎng)阻抗變換器與傳輸線饋電結(jié)構(gòu) 4相連，再由傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4將能量饋給圓環(huán)輻射縫隙天線單元10。
本實(shí)施例中天線單元為圓環(huán)輻射縫隙天線單元10，圓環(huán)輻射縫隙天線單元10由于具有低仰角的特點(diǎn)在移動(dòng)通信中受到關(guān)注。但是輻射縫隙天線單元的具體形狀在本發(fā)明中是不受限制的，根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)天線方向圖和性能的需求，可以進(jìn)行合理的改變和設(shè)計(jì)。例如在具體實(shí)施例I中所采用的是矩形縫隙，而在實(shí)施例2中則采用圓環(huán)縫隙，還可以采用方環(huán)縫隙，十字縫隙以及縫隙對(duì)等；當(dāng)然，此時(shí)傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4需要進(jìn)行相應(yīng)的改變。
實(shí)施例3 由三層平面介質(zhì)基板組成，三層平面介質(zhì)基板重疊布置，并且每層平面介質(zhì)基板之間有間隔，三層平面介質(zhì)基板通過(guò)塑料螺釘6固定，其中，第一層平面介質(zhì)基板7包括天線輻射單元和地板，第二層平面介質(zhì)基板8的上下表面對(duì)稱布置，包括慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2，耦合功分器3，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4，匹配負(fù)載5，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2的末端連接到匹配負(fù)載5，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2和耦合功分器3耦合連接，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4和耦合功分器)連接，第三層平面介質(zhì)基板9為地板。
圖11給出本發(fā)明天線的整體結(jié)構(gòu)俯視圖(透視圖)，圖12給出其立體結(jié)構(gòu)的正視圖。圖中實(shí)線所示結(jié)構(gòu)為印刷在介質(zhì)基板上的金屬圖形，虛線所示為刻蝕掉金屬的部分，黑色填充部分為支撐該天線結(jié)構(gòu)使用的塑料螺釘6。從圖中可以看到，本例所述的天線由三層平面介質(zhì)基板組成，位于中間的第二層平面介質(zhì)基板8的上、下表面對(duì)稱印刷了慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2作為頻率掃描天線的移相單元，和作為功率分配的耦合功分器3以及對(duì)矩形貼片天線單元12進(jìn)行饋電的傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4。與第二層平面介質(zhì)基板8分別相距同樣距離的第一層平面介質(zhì)基板7的底層金屬表面和第三層平面介質(zhì)基板9的上金屬表面共同作為該天線的接地面。此三層結(jié)構(gòu)共同形成雙面懸置空氣帶狀線，為了激勵(lì)起雙面懸置空氣帶狀線的偶模，在慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2上制作了多個(gè)金屬化通孔，以此連接第二層平面介質(zhì)基板8 的上下金屬表面上對(duì)稱布置的所有圖形，使得分布在上下金屬表面的相同圖形獲得同等的電壓。圖中高度為He的部分為空氣，是此雙面懸置空氣帶狀線的傳輸媒質(zhì)，由于此時(shí)結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)絕大部分都分布在上下兩層空氣中，因而能量在損耗極低的空氣中進(jìn)行傳輸，用以到達(dá)減小天線結(jié)構(gòu)損耗的目的。在第一層平面介質(zhì)基板7的下金屬表面刻蝕縫隙11將能量通過(guò)縫隙11耦合到矩形貼片天線單元12，作為輻射口徑。此時(shí)，低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線形成。
圖13給出所發(fā)明天線的第一層平面介質(zhì)基板7，其中虛線矩形結(jié)構(gòu)則是刻蝕于第一層平面介質(zhì)基板7的下金屬表面上的多個(gè)縫隙11，實(shí)線矩形結(jié)構(gòu)為印刷在第一層平面介質(zhì)基板7的上表面的矩形貼片天線單元12，上表面的剩余部分全部腐蝕掉。
圖14為第二層平面介質(zhì)基板8的上下表面對(duì)稱印刷的相同的矩形輪廓的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2、耦合功分器3以及傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4。相鄰的耦合功分器3之間的間距是相等的，以此保證各矩形貼片天線單元12之間的空間相位差相同。此距離的選取必須避免天線掃描過(guò)程中柵瓣的形成。兩相鄰單元之間的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2尺寸的確定是根據(jù)所設(shè)計(jì)的頻率掃描天線的工作頻率、頻帶資源、頻率掃描角度范圍以及天線設(shè)計(jì)中可接受的傳輸損耗而共同折中決定的。其中矩形輪廓的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)2的折數(shù)和橫向尺寸對(duì)其自身的傳輸損耗影響很大，需要進(jìn)行適當(dāng)選擇。圖中每個(gè)耦合功分器3的耦合間距是不同的，用以分配不同的能量到各矩形貼片天線單元12，從而實(shí)現(xiàn)需要的天線幅度分布，達(dá)到設(shè)計(jì)的副瓣要求。從耦合功分器3獲得的能量經(jīng)過(guò)四分之波長(zhǎng)阻抗變換器傳輸?shù)絺鬏斁€饋電結(jié)構(gòu)4。 傳輸線饋電結(jié)構(gòu)4將能量通過(guò)縫隙11耦合饋給矩形貼片天線單元12。這種天線饋電方式可以獲得較大的帶寬。
本實(shí)施例中作為天線輻射單元的是矩形貼片天線單元12，但其形狀并不是限制的。可以是矩形、圓形等各種貼片，甚至可以是環(huán)形；若想要得到圓極化的掃描天線，還可以采用角饋形式的貼片天線單元。需要注意的是，所使用的貼片天線單元的帶寬必須滿足用于掃描的頻帶資源。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，隨本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線，其特征在于由三層平面介質(zhì)基板組成，三層平面介質(zhì)基板重疊布置，并且每層平面介質(zhì)基板之間有間隔，三層平面介質(zhì)基板通過(guò)塑料螺釘(6)固定，其中，第一層平面介質(zhì)基板(7)包括天線輻射單元和地板，第二層平面介質(zhì)基板(8)的上下表面對(duì)稱布置，包括慢波蛇形線結(jié)構(gòu)(2)，功分器，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)(4)，匹配負(fù)載(5)，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)(2)的末端連接到匹配負(fù)載(5)，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)(2)和功分器連接，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)(4)和功分器連接，第三層平面介質(zhì)基板(9)為地板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線，其特征在于所述的第一層平面介質(zhì)基板(7)的上表面金屬全部腐蝕，下表面金屬刻蝕多個(gè)矩形輻射縫隙天線單元(1)，所述的第二層平面介質(zhì)基板(8)的上下表面對(duì)稱布置，功分器為耦合功分器(3)，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)(2)與耦合功分器(3)耦合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線，其特征在于所述的慢波蛇形線結(jié)構(gòu)(2)的外輪廓為矩形。
全文摘要
本發(fā)明一種低耗低副瓣高增益平面頻率掃描天線，由三層平面介質(zhì)基板組成，三層平面介質(zhì)基板重疊布置，并且每層平面介質(zhì)基板之間有間隔，三層平面介質(zhì)基板通過(guò)塑料螺釘固定，其中，第一層平面介質(zhì)基板包括天線輻射單元和地板，第二層平面介質(zhì)基板的上下表面對(duì)稱布置，包括慢波蛇形線結(jié)構(gòu)，功分器，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)，匹配負(fù)載，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)的末端連接到匹配負(fù)載，慢波蛇形線結(jié)構(gòu)和功分器連接，傳輸線饋電結(jié)構(gòu)和功分器連接，第三層平面介質(zhì)基板為地板；本發(fā)明損耗低，副瓣低，增益高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102983401SQ20121050229
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者吳文, 崔蘭, 方大綱 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)