一種雙頻共口面陣列天線(xiàn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙頻共口面陣列天線(xiàn)的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類(lèi)的生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生了巨大的變化。天線(xiàn)作為輻射和接收電磁波的關(guān)鍵部件，其性能的好壞對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)有著至關(guān)重要的影響。在許多情況下，如移動(dòng)通信、雷達(dá)通信中，需要使用的天線(xiàn)具有較尖銳的方向圖和較高的增益，如拋物面天線(xiàn)，或者由許多單元天線(xiàn)按一定的方式排列起來(lái)組成的陣列天線(xiàn)。陣列天線(xiàn)本身具備面積大，增益高，功率大等特點(diǎn)。一般來(lái)講，大型的陣列天線(xiàn)主要用于軍用、科研單位和通信基站等領(lǐng)域，像飛機(jī)或者戰(zhàn)船上的火控雷達(dá)，預(yù)測(cè)天氣的大型氣象雷達(dá)等，都需要陣列天線(xiàn)。
[0003]相比于傳統(tǒng)陣列天線(xiàn)，雙頻陣列天線(xiàn)不僅具有較高的增益，而且能同時(shí)工作在兩個(gè)頻段，減小了不同頻段間信息的相互干擾，具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。雙頻工作模式下的陣列天線(xiàn)大體來(lái)說(shuō)分為兩類(lèi)，共口面和非共口面。共口面就是天線(xiàn)不同的頻段采用同一個(gè)口徑進(jìn)行工作。比如無(wú)線(xiàn)通信中的基站天線(xiàn)就采用了這種方式，同時(shí)為PCS和頂T系統(tǒng)服務(wù)。同一個(gè)天線(xiàn)采用多個(gè)天線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)多頻段的工作方式屬于非共口面，如美國(guó)的SR1-C中不同頻段采用不同天線(xiàn)系統(tǒng)。與非共口面天線(xiàn)相比，共口面天線(xiàn)可以把頻率、極化特性不同的多個(gè)天線(xiàn)合理設(shè)計(jì)在同一口徑內(nèi)，在保持天線(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的同時(shí)，還具有多頻、多極化工作的性能，是衛(wèi)星通信天線(xiàn)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
[0004]雙頻共口面陣列天線(xiàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于輻射單元結(jié)構(gòu)和形式的確立。一個(gè)輻射性能良好、尺寸小、頻帶寬的輻射單元是構(gòu)成陣列天線(xiàn)的基礎(chǔ)。輻射單元的結(jié)構(gòu)形式主要有微帶貼片、微帶振子、縫隙等。傳統(tǒng)雙頻陣列天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但大都存在著尺寸大、輻射單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難于加工等問(wèn)題，這都限制了其在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中還要考慮輻射單元間距和互耦的影響，不同頻率間的隔離度，以及如何提高陣列增益和帶寬等諸多問(wèn)題。
[0005]2012年張申等人在《微帶雙頻天線(xiàn)的研究與設(shè)計(jì)》一文中提出了一種工作在UHF/X頻段內(nèi)的雙頻共口面微帶天線(xiàn)陣的設(shè)計(jì)方案。其中，UHF頻段輻射單元采用窄縫結(jié)構(gòu)，微帶線(xiàn)中心耦合饋電；X頻段輻射單元采用微帶貼片結(jié)構(gòu)，同軸饋電。但由于UHF頻段波長(zhǎng)太長(zhǎng)，采用窄縫輻射會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)偏大，重量增加。而且X頻段輻射單元采用同軸饋電的方式，使得陣列的匹配難度加大，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明公開(kāi)了一種雙頻共口面陣列天線(xiàn)，該天線(xiàn)通過(guò)L波段貼片陣列和P波段縫隙陣列復(fù)合而成，低頻縫隙采用“啞鈴形”縫隙結(jié)構(gòu)，大大減小了陣列尺寸。此外，底部通過(guò)加載泡沫層起到了支撐緩沖的作用。通過(guò)在縫隙背面加載金屬反射板實(shí)現(xiàn)了共口面單向輻射，并進(jìn)一步提高了天線(xiàn)的增益。本發(fā)明旨在改善傳統(tǒng)雙頻陣列天線(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種雙頻共口面陣列天線(xiàn)，天線(xiàn)包括四層，從上到下依次為第一輻射層、第二輻射層、泡沫層和金屬反射板層，各層之間均采用固定連接方式。
[0009]所述第一輻射層為L(zhǎng)波段陣列輻射層，包括第一介質(zhì)基板以及刻蝕于其正面的四個(gè)尺寸相同的單元輻射貼片及其饋電網(wǎng)絡(luò)；所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括折疊微帶線(xiàn)、“T”字形饋電線(xiàn)；
[0010]所述單元輻射貼片為朝向一致且均勻分布四角的“凹”字形金屬貼片，一對(duì)單元輻射貼片之間通過(guò)一條兩端彎折90度的折疊微帶線(xiàn)連接，所述折疊微帶線(xiàn)的彎折段連接單元輻射貼片的凹槽底部；所述“T”字形饋電線(xiàn)一條邊位于第一介質(zhì)基板的中線(xiàn)上，其兩端分別連接于兩折疊微帶線(xiàn)的中間位置，另一條邊延伸至第一介質(zhì)基板的邊沿，為饋電端P ;
[0011]所述第二輻射層為P波段陣列輻射層，包括第二介質(zhì)基板、覆蓋其正面刻蝕有四個(gè)相同尺寸“啞鈴型”縫隙的金屬地板、以及設(shè)置于其背面的微帶饋線(xiàn)；所述微帶饋線(xiàn)的形狀與第一輻射層的饋電網(wǎng)絡(luò)相同，其饋電端口的方向相反；
[0012]所述縫隙分布于四個(gè)角，形狀為兩端是矩形的“啞鈴形”縫隙，且平行于“T”字形饋電線(xiàn)延伸至邊沿的一條邊；
[0013]所述“T”字形饋電線(xiàn)延伸至第一介質(zhì)基板邊沿的一條邊分為寬度不同的兩段，其位于邊沿的一段寬度較窄，靠近中心的一段寬度較寬；
[0014]本發(fā)明通過(guò)采用在貼片陣列地板上開(kāi)縫隙的形式實(shí)現(xiàn)了雙頻結(jié)構(gòu)，高頻貼片陣列和低頻縫隙陣列共用一個(gè)金屬地板，在不影響天線(xiàn)性能的前提下，合理利用了天線(xiàn)的有限空間，使得天線(xiàn)更加緊湊。通過(guò)引入“啞鈴形”縫隙，大大減小了天線(xiàn)的尺寸和重量。底部通過(guò)加載泡沫層起到支撐緩沖的作用。通過(guò)加載金屬反射板，除了起屏蔽保護(hù)作用之外，還可以起到減小背向輻射，提高增益的作用。相比于傳統(tǒng)陣列天線(xiàn)，本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)雙頻共口面的同時(shí)，減小了天線(xiàn)尺寸和重量，使得整體更加結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更有利于機(jī)械加工和制造。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例天線(xiàn)陣列的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例天線(xiàn)陣列第一輻射層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例天線(xiàn)陣列第二輻射層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例輻射單元的Sll、S22仿真曲線(xiàn)圖。
[0019]圖中標(biāo)記說(shuō)明:第一輻射層(I)，第二輻射層(2)，泡沫層(3)，金屬反射板層(4)，單元輻射貼片(1-1)，第一介質(zhì)基板(1-2)，折疊微帶線(xiàn)(1-3)，“τ”字形微帶線(xiàn)(1-4)，金屬地板(2_1)，第二介質(zhì)基板(2-2)，饋電網(wǎng)絡(luò)(2-3)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]本實(shí)施例所述的雙頻共口面陣列天線(xiàn)的長(zhǎng)X寬為L(zhǎng)0XW0，LO = 300mm, WO =400mm，采用的介質(zhì)基板材料是介電常數(shù)ε r = 4.4，厚度為1.6mm的FR-4環(huán)氧樹(shù)脂板，金屬層均采用厚度為0.8mm的覆銅設(shè)計(jì)。
[0022]如圖2所示，第一輻射層為L(zhǎng)波段陣列，其中四個(gè)大小為alXbl的“凹”字形單元福射貼片分別位于第一介質(zhì)基板(1-2)正面的四個(gè)角，al = 28mm，bl = 37.2mm ;折疊微帶線(xiàn)(1-3)為50 Ω微帶線(xiàn)，通過(guò)對(duì)單元輻射貼片開(kāi)矩形槽，實(shí)現(xiàn)了和50 Ω微帶線(xiàn)的匹配與連接，槽的大小為a2Xb2，a2 = 7mm, b2 = 6mm,折疊微帶線(xiàn)的尺寸為b3 = 3mm a3 = 11mm, m= 80mm。饋電網(wǎng)絡(luò)采用50 Ω-25 Ω-35.35 Ω的T型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)匹配，饋線(xiàn)的寬度分別為b3 =3謹(jǐn)，b4 = 8.36謹(jǐn)，b5 = 8.5謹(jǐn)，垂直方向上的長(zhǎng)度為n = 7Ctam。
[0023]如圖3所示，第二輻射層為P波段陣列，其中四個(gè)“啞鈴形”輻射縫隙刻蝕于第一福射層地板的四個(gè)角，縫隙尺寸如圖所示，LI = 7mm, Wl = 80mm, L2 = 5.2mm, W2 = 64mm。這種結(jié)構(gòu)充分利用了有限的地板空間，大大減小了天線(xiàn)尺寸，使整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。另外，饋電方式采用微帶線(xiàn)耦合饋電，饋電網(wǎng)絡(luò)刻蝕于第二介質(zhì)層背面，能量通過(guò)第二介質(zhì)層耦合進(jìn)福射縫隙。微帶饋線(xiàn)的尺寸如圖所示，分別為L(zhǎng)3 = 20mm, W3 = 3mm, P = 180mm, W4 =8.36mm，L5 = 43.5mm，W5 = 8.47mm, Q = 180mm。
[0024]由于縫隙天線(xiàn)的雙向輻射特性，因此在饋電網(wǎng)絡(luò)下面加一個(gè)金屬反射板，從而實(shí)現(xiàn)雙頻陣列的單向共口面輻射，并且進(jìn)一步提高了天線(xiàn)的增益。金屬反射板的厚度為1mm。金屬反射板和第二輻射層之間添加了一層厚度為30_的泡沫材料，可以起到支撐和緩沖的作用，使天線(xiàn)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例輻射單元的Sll和S22仿真曲線(xiàn)圖，輻射單元在900MHz頻段Sll < -10dB，相應(yīng)的反射系數(shù)小于0.3，帶寬約為40MHz左右，基本覆蓋了 ISM 900MHz頻段和GSM下行通信頻段；在2.4GHz頻段時(shí)，S22 < -1OdB帶寬約為80MHz，基本覆蓋了 ISM
2.4GHz頻段，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求并可適用于多種應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙頻共口面陣列天線(xiàn)，包括四層，從上到下依次為第一輻射層、第二輻射層、泡沫層和金屬反射板層，各層之間均采用固定連接方式； 所述第一輻射層為L(zhǎng)波段陣列輻射層，包括第一介質(zhì)基板以及刻蝕于其正面的四個(gè)尺寸相同的單元輻射貼片及其饋電網(wǎng)絡(luò)；所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括折疊微帶線(xiàn)、“T”字形饋電線(xiàn)；所述單元輻射貼片為朝向一致且均勻分布四角的“凹”字形金屬貼片，一對(duì)單元輻射貼片之間通過(guò)一條兩端彎折90度的折疊微帶線(xiàn)連接，所述折疊微帶線(xiàn)的彎折段連接單元輻射貼片的凹槽底部；所述“T”字形饋電線(xiàn)一條邊位于第一介質(zhì)基板的中線(xiàn)上，其兩端分別連接于兩折疊微帶線(xiàn)的中間位置，另一條邊延伸至第一介質(zhì)基板的邊沿，為饋電端口 ； 所述第二輻射層為P波段陣列輻射層，包括第二介質(zhì)基板、覆蓋其正面刻蝕有四個(gè)相同尺寸“啞鈴型”縫隙的金屬地板、以及設(shè)置于其背面的微帶饋線(xiàn)；所述微帶饋線(xiàn)的形狀與第一輻射層的饋電網(wǎng)絡(luò)相同，其饋電端口的方向相反；所述縫隙分布于四個(gè)角，形狀為兩端是矩形的“啞鈴形”縫隙，且平行于“T”字形饋電線(xiàn)延伸至邊沿的一條邊。2.如權(quán)利要求1所述的一種雙頻共口面陣列天線(xiàn)，其特征在于:所述“T”字形饋電線(xiàn)延伸至第一介質(zhì)基板邊沿的一條邊分為寬度不同的兩段，其位于邊沿的一段寬度較窄，靠近中心的一段寬度較寬。
【專(zhuān)利摘要】該發(fā)明公開(kāi)了一種雙頻共口面陣列天線(xiàn)，屬于天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域。天線(xiàn)包括四層，從上到下依次為第一輻射層、第二輻射層、泡沫層和金屬反射板層；通過(guò)L波段貼片陣列和P波段縫隙陣列復(fù)合而成，低頻縫隙采用“啞鈴形”縫隙結(jié)構(gòu)，大大減小了陣列尺寸；此外，底部通過(guò)加載泡沫層起到了支撐緩沖的作用；通過(guò)在縫隙背面加載金屬反射板實(shí)現(xiàn)了共口面單向輻射，并進(jìn)一步提高了天線(xiàn)的增益。本發(fā)明旨在改善傳統(tǒng)雙頻陣列天線(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大的問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】H01Q21/30, H01Q13/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105356070
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510563743
【發(fā)明人】趙強(qiáng), 徐進(jìn), 殷海榮, 路志剛, 岳玲娜, 張雷
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年9月8日