本發(fā)明涉及一種毫米波波段的微帶天線，是一種小型化基于平面單極子天線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)水平方向半功率波瓣寬度104°和垂直方向半功率波瓣寬度40°。

背景技術(shù)：

天線作為雷達(dá)系統(tǒng)的定向接收發(fā)射裝置，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，有微帶形式、喇叭形式、反射面形式、螺旋狀、對稱陣子等等；根據(jù)天線的頻帶特性可分為，單頻帶天線、雙頻帶天線和多頻天線。每一種結(jié)構(gòu)形式和頻帶特性組合的天線都有其應(yīng)用的范圍和場合，首先，當(dāng)前頻率資源緊張和高頻通信頻帶單一，這便影響了整個雷達(dá)通信系統(tǒng)通信效率，隨之而來的就是在現(xiàn)代戰(zhàn)場上信息獲取時間上的滯后從而難免延誤戰(zhàn)機(jī)，所以普通單頻天線無法滿足需求；其次，在雷達(dá)通信系統(tǒng)中，為了使雷達(dá)在自身結(jié)構(gòu)尺寸固定的情況下能夠更大的覆蓋控制區(qū)域，傳統(tǒng)天線的半功率波瓣寬度太窄，難以覆蓋較寬的范圍，當(dāng)雷達(dá)在掃描時也就無法覆蓋更廣的區(qū)域；最后，單極子天線雖然在一個方向上能夠幾乎全向覆蓋，但是增益太低，沒有辦法滿足雷達(dá)系統(tǒng)的較高功率輸出高定向性的應(yīng)用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于平面單極子天線的雙頻寬波瓣毫米波微帶天線。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于單極子天線的寬波束毫米波微帶天線，包括介質(zhì)基板、輻射貼片、反射地板和同軸饋線。

所述介質(zhì)基板的兩面分別設(shè)置有輻射貼片和反射地板，所述的輻射貼片上開有一個U型槽，所述的反射地板采用單極子天線形式的平面貼片，同軸饋線穿過介質(zhì)基板連接輻射貼片和反射地板。

所述U型槽的寬度為0.1mm，側(cè)壁長度為1.6mm，槽底長度為1.6mm。

所述U型槽的槽壁與輻射貼片邊緣平行，同軸饋線焊接點(diǎn)在U型槽的開口端。

所述介質(zhì)基板為雙面覆銅板，厚度為1.147mm，介電質(zhì)常數(shù)為2.2，損耗正切角為0.0009。

所述的反射地板包括一個正方形貼片和兩個矩形貼片，其中一個矩形貼片的邊長小于另外兩個貼片，通過邊長最小的矩形貼片將正方形貼片和另一個矩形貼片的長邊拼接。

所述同軸饋線內(nèi)導(dǎo)體的半徑為0.2mm，外導(dǎo)體的外徑為0.54mm，內(nèi)導(dǎo)體穿過介質(zhì)基板和輻射貼片相連接，外導(dǎo)體和反射地板連接。

本發(fā)明的有益效果是：在輻射貼片所開的U型槽引入了雙頻帶通信，故而有效提高了雷達(dá)系統(tǒng)通信效率；該天線又由于引入單極子貼片形式的反射地板，使得反射地板相對介質(zhì)板面積減小，這樣使天線的有效輻射面積降低，從而大大增加了在指定方向上的半功率波瓣寬度，較寬的波瓣寬度能夠覆蓋更大的掃描空間，有效提高天線在作戰(zhàn)通信系統(tǒng)中的抗干擾性；其兩個工作頻段內(nèi)駐波均小于1.5，定向增益達(dá)到6.3dBi，該天線的結(jié)構(gòu)大小為8mm*8mm*1.147mm，結(jié)構(gòu)小巧，便于與整機(jī)結(jié)合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主視圖；

圖2是本發(fā)明的后視圖；

圖3是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。

一種基于單極子天線的寬波束毫米波微帶天線，包括介質(zhì)基板、輻射貼片、反射地板和同軸饋線。

輻射貼片上開了一個U型槽，用來形成天線雙頻輻射；反射地板采用單極子天線形式的貼片，在傳統(tǒng)微帶貼片天線的基礎(chǔ)上，保留輻射貼片、介質(zhì)基板和同軸饋線不變，輻射貼片的大小用來控制天線的輻射頻率，單極子貼片形式作為地板相對于傳統(tǒng)的全覆蓋反射地板大大增加原來天線的半功率波瓣寬度。

所述U型槽改變了原來輻射貼片上的面電流的流向，成功切割輻射貼片上的面電流，從而產(chǎn)生兩個諧振頻率。

所述U型槽的寬度為0.1mm，U型槽側(cè)壁長度為1.6mm，U型槽槽底長度為1.6mm。

所述U型槽的槽壁與輻射貼片邊緣平行，同軸饋線焊接點(diǎn)在U型槽的開口處，確切坐標(biāo)位置利用仿真優(yōu)化獲得。

所述介質(zhì)厚度為1.147mm，介電質(zhì)常數(shù)為2.2，損耗正切角為0.0009的雙面覆銅板。

所屬的單極子貼片形式的反射地板是一種矩形拼接的平面貼片的單極子結(jié)構(gòu)，該單極子貼片結(jié)構(gòu)可以是方形也可以是圓形，還可以是方形和圓形的結(jié)合體，這些結(jié)構(gòu)的選擇取決于想要改變天線哪個方向的波瓣寬度和實(shí)現(xiàn)怎樣的極化形式；本發(fā)明采用了一個正方形貼片和兩個矩形貼片拼接形式的單極子結(jié)構(gòu)反射地板，不改變天線極化形式，只增加天線水平方向半功率波瓣寬度。

所述同軸饋線的內(nèi)徑為0.2mm，外徑為0.54mm，同軸饋線穿過介質(zhì)基板和輻射貼片相連接，同軸饋線的外導(dǎo)體和單極子貼片形式的反射地板連接。

本發(fā)明的實(shí)施例參見圖1，標(biāo)識1的部分為a＝2.5mm、b＝2.6mm的微帶天線輻射貼片，標(biāo)識2的部分為單極子形狀的反射地板，標(biāo)識3的部分為同軸射頻饋線，標(biāo)識5為輻射貼片1中的開槽，其中L₀＝1.6mm，L₁＝1.6mm，w＝0.8mm。

參見圖2，單極子形狀的反射地板2由一個正方形貼片和一個長方形貼片中間連接一個小的矩形貼片共同組成，其中e＝5mm，d＝3mm，f＝4mm。同軸射頻饋線3的內(nèi)徑為r₂＝0.2mm，外徑為r₁＝0.54mm。

參見圖3，本發(fā)明實(shí)例是由一塊長寬均為c＝8mm微帶介質(zhì)板構(gòu)標(biāo)識4構(gòu)成，該微帶板板標(biāo)識4為RO5880，介電質(zhì)常數(shù)為2.2。微帶板由頂層輻射貼片層1和底層單極子形狀的反射地板層2和中間的介質(zhì)層4構(gòu)成，介質(zhì)層4厚度為h＝1.147mm；同軸射頻饋線3穿過介質(zhì)層4，然后連接頂層的輻射貼片1，同軸線的外層連接單極子形狀的反射地板2，共同組成天線的結(jié)構(gòu)。

輻射貼片1的長寬a、b的尺寸是由天線的諧振頻率和微帶板的介電質(zhì)常數(shù)通過以下公式計(jì)算出來的，寬度計(jì)算公式如下，

其中c₀為光速，f_r為天線的諧振頻率，ε_r為介質(zhì)的介電質(zhì)常數(shù)；

通過以下公式(2)(3)(4)可以計(jì)算出輻射貼片的長度：

公式(2)中，ε_reff為有效介電質(zhì)常數(shù)，h為介質(zhì)厚度，W為輻射貼片寬度；

公式(3)中ΔL為微帶貼片邊緣延伸等效長度；

通過公式(2)和公式(3)就可以求得公式(4)中微帶輻射貼片的長度。

單極子形狀反射地板2的尺寸可以通過天線的有效輻射口徑面積去理論計(jì)算，根據(jù)口徑面天線的輻射特性，半功率波瓣寬度與有效輻射的口徑邊長尺寸成反比，利用如下公式(5)可以計(jì)算：

上式(5)中若為矩形口徑均勻分布，則ξ＝51°，若為矩形口徑余弦分布，則ξ＝68°；實(shí)例通過公式(5)計(jì)算后，再利用高頻仿真軟件HFSS對計(jì)算的理論尺寸進(jìn)行優(yōu)化后獲得最終數(shù)據(jù)。

實(shí)例最終實(shí)現(xiàn)在毫米波工作頻段，第一個頻帶帶寬1.5GHz，第二個頻帶帶寬1.2GHz，從第一個頻帶和第二個頻帶之間有5GHz的隔離帶，該隔離帶內(nèi)波損耗S₁₁大于-2dB；雙頻工作帶內(nèi)，駐波均小于1.5，回波損耗S₁₁均低于-10dB，天線最大增益為5.8dBi，天線的方向圖在水平方向波瓣寬度可實(shí)現(xiàn)104°，垂直方向波瓣寬度為40°；在設(shè)計(jì)時，通過調(diào)節(jié)槽的尺寸和位置就可以調(diào)節(jié)兩個諧振頻率的大小和兩個頻帶之間的間距。有時候?yàn)榱嗽诟哳l獲得較寬帶寬，將兩個頻帶調(diào)節(jié)使之部分重合結(jié)合為一個頻帶，形成一個超寬帶寬波瓣天的微帶毫米波天線。