寬帶緊湊型微帶陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了寬帶緊湊型微帶陣列天線，其介質(zhì)基板上具有偶數(shù)行和偶數(shù)列微帶貼片，在介質(zhì)基板的x軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)連接在一起的x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，兩條x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)將偶數(shù)列微帶貼片均分成兩部分；每排左側(cè)部分的微帶貼片和每排右側(cè)的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接組成一個(gè)子陣；每排左側(cè)子陣的微帶貼片和組成每排右側(cè)子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電，且每排左側(cè)的子陣與每排右側(cè)的子陣并聯(lián)，上下二分之一天線陣列的沿x向相鄰的兩個(gè)子針之間串聯(lián)；沿x軸方向，介質(zhì)基板的上半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板的下半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)并聯(lián)在一起。
【專利說明】
寬帶緊湊型微帶陣列天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微帶陣列天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬帶緊湊型微帶陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通訊系統(tǒng)的飛速發(fā)展，通信設(shè)備的體積不斷減小，通信頻帶不斷向?qū)掝l帶、高頻段發(fā)展，對(duì)通信設(shè)備提出了越來越高的要求，推動(dòng)了作為通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件天線的小型化和寬帶化的發(fā)展。
[0003]微帶天線因具有體積小、重量輕、剖面低、饋電方式靈活、成本低、易與飛行器共形等優(yōu)點(diǎn)而深受人們的青睞，但傳統(tǒng)微帶天線阻抗帶寬較窄，一般的微帶天線的帶寬僅有5%左右。傳統(tǒng)的微帶天線的窄頻帶特性成了限制其廣泛應(yīng)用的主要障礙，因此展寬微帶天線的帶寬具有十分重要的意義。近年來，隨著微帶天線的應(yīng)用越來越廣，展寬微帶貼片天線帶寬的方法主要集中在以下幾種情況:①采用厚介質(zhì)基板;②采用低介電常數(shù)的基板;③采用多層結(jié)構(gòu);④采用特殊饋電方式和特殊形狀的貼片天線。然而這些方法都具有一定的不足，如采用厚基板成本較高，采用低介電常數(shù)的基板天線尺寸較大，不利于小型化，采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，裝配成本過高，采用特殊形狀的貼片天線導(dǎo)致輻射方向圖的畸形，以及極化不純的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的寬帶緊湊型微帶陣列天線采用單層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了寬帶阻抗帶寬，且最大輻射的方向不會(huì)隨頻率變化而發(fā)生偏移。
[0005]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
提供一種寬帶緊湊型微帶陣列天線，其包括一塊介質(zhì)基板、設(shè)置在介質(zhì)基板上表面的微帶貼片和設(shè)置在介質(zhì)基板下表面的金屬地板;微帶貼片在介質(zhì)基板上成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，在介質(zhì)基板的X軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)連接在一起的X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，連接在一起的兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)將偶數(shù)列微帶貼片均分成兩部分；
每排左側(cè)部分的微帶貼片和每排右側(cè)的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接組成一個(gè)子陣;每排左側(cè)子陣的微帶貼片和組成每排右側(cè)子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電，且每排左側(cè)的子陣與每排右側(cè)的子陣并聯(lián)，上下二分之一天線陣列的沿X向相鄰的兩個(gè)子針之間串聯(lián);沿X軸方向，介質(zhì)基板的上半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板的下半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)并聯(lián)在一起。
[0006]本發(fā)明的有益效果為:通過將介質(zhì)基板上的微帶貼片設(shè)置成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，這樣微帶貼片利用X軸和y軸兩個(gè)方向的功分饋電網(wǎng)絡(luò)先串聯(lián)再進(jìn)行并聯(lián)的混合方式進(jìn)行饋電，通過對(duì)每一行的饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗匹配和優(yōu)化，使天線最大輻射的方向不會(huì)隨頻率變化而發(fā)生偏移，從而使天線的阻抗帶寬覆蓋范圍從現(xiàn)有的5%上升至15%。
【附圖說明】
[0007]圖1為寬帶緊湊型微帶陣列天線一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為寬帶緊湊型微帶陣列天線另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3為圖1和圖2中A部的放大圖。
[0010]圖4寬帶緊湊型微帶陣列天線在X波段的寬帶緊湊型微帶陣列天線測(cè)試的S參數(shù)圖。
[0011 ]圖5為寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測(cè)試的垂直面(Υ0Ζ面)方向圖。
[0012]圖6為寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測(cè)試的水平面(Χ0Ζ面)方向圖。
[0013]其中，1、微帶貼片；2、介質(zhì)基板；3、子陣;4、y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)；5、x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò);6、微帶線；7、饋電結(jié)構(gòu)；8、一分三功分器;9、金屬地板；10、一分二功分器；11、T型功分器;12、匹配縫隙。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
[0015]如圖1和圖2所示，該寬帶緊湊型微帶陣列天線包括一塊介質(zhì)基板2、設(shè)置在介質(zhì)基板2上表面的微帶貼片I和設(shè)置在介質(zhì)基板2下表面的金屬地板9;介質(zhì)基板2為一塊介電常數(shù)為2.2的TLY-5高分子介質(zhì)基板2，其厚度為1.143mm，介質(zhì)基板2為矩形且為單層板體。
[0016]微帶貼片I在介質(zhì)基板2上成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，在介質(zhì)基板2的X軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)7連接在一起的X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5，連接在一起的兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5將偶數(shù)列微帶貼片I均分成兩部分;每排左側(cè)部分的微帶貼片I和每排右側(cè)的微帶貼片I均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4連接組成一個(gè)子陣3。
[0017]每排左側(cè)子陣3的微帶貼片I和組成每排右側(cè)子陣3的微帶貼片I分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4進(jìn)行饋電，且每排左側(cè)的子陣3與每排右側(cè)的子陣3并聯(lián)，X向二分之一陣列的X向相鄰的子陣3之間串聯(lián);沿X軸方向，介質(zhì)基板2的上半部分微帶貼片I構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板2的下半部分微帶貼片I構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)7并聯(lián)在一起。
[0018]通過將介質(zhì)基板2上的微帶貼片I設(shè)置成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，這樣微帶貼片I利用X軸和y軸兩個(gè)方向的功分饋電網(wǎng)絡(luò)先串聯(lián)再進(jìn)行并聯(lián)的混合方式進(jìn)行饋電，通過對(duì)每一行的饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗匹配和優(yōu)化，使天線最大輻射的方向不會(huì)隨頻率變化而發(fā)生偏移，從而使天線的阻抗帶寬覆蓋范圍從現(xiàn)有的5%上升至15%。
[0019]再次參考圖1和圖2，x向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5包括一個(gè)T型功分器11和至少一個(gè)一分三功分器8;—分三功分器8的個(gè)數(shù)與二分之一微帶貼片I行數(shù)的個(gè)數(shù)少一個(gè);T型功分器11與位于介質(zhì)基板2邊緣的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4連接，每個(gè)一分三功分器8與其鄰近的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4連接;T型功分器11與至少一個(gè)一分三功分器8依次連接。y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4包括至少一個(gè)一分二功分器10，相鄰的一分二功分器1和每個(gè)功分器與相鄰的微帶貼片I均通過微帶線6連接。這樣每一級(jí)饋網(wǎng)結(jié)構(gòu)的功分器均可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線寬度呈現(xiàn)階梯變化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)的寬帶阻抗匹配，且能保持饋電網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱性，保證最大輻射方向不隨頻率變化。
[0020]當(dāng)微帶線6為直線時(shí)，天線要實(shí)現(xiàn)相同的阻抗帶寬覆蓋范圍，就需要將天線的整體尺寸做得更大，而尺寸較大會(huì)致使使用該天線的通信設(shè)備的體積也相應(yīng)的增大，為了實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備和天線的小型化，保證天線結(jié)構(gòu)更緊湊，本方案優(yōu)選X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5的微帶線6和y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4的微帶線6均設(shè)置呈蜿蜒形，這樣在相同空間內(nèi)，微帶線6的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。
[0021]如圖3所示，y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4和與其連接的微帶貼片I采用邊緣中心饋電；每個(gè)微帶貼片I在與其連接的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4的兩側(cè)開設(shè)有匹配間隙12;采用這樣的饋電方式后，天線的交叉極化更好，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)確保了阻抗匹配與帶寬的提高。
[0022]如圖2所示，饋電結(jié)構(gòu)7包括與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5連接的一分二功分器10和一條一端與連接X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5連接的一分二功分器10連接，另一端與金屬地板9連接的微帶線6。如圖3所示，饋電結(jié)構(gòu)7為一個(gè)一端與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5連接，另一端與外部的同軸轉(zhuǎn)接器連接的SAM接頭。
[0023]微帶貼片I為矩形結(jié)構(gòu)，所有微帶貼片I的大小相同，排列均朝向X軸方向，實(shí)現(xiàn)了X軸方向的線極化。使用時(shí)，本方案優(yōu)選采用微帶貼片I在介質(zhì)基板2上呈6 X 8的陣列排布。
[0024]采用微帶貼片I在介質(zhì)基板2上呈6X8的陣列排布的結(jié)構(gòu)后，微帶陣列天線的整體尺寸(WXL)為149.75mm X 122.5mm，微帶天線上每行微帶貼片I在x軸方向間距為18mm，每列微帶貼片I在y軸方向間距為19mm;所有微帶貼片I排列均朝向X軸方向，采用邊緣中心饋電，實(shí)現(xiàn)X向線極化，兩個(gè)相鄰的微帶貼片I采用同相饋電激勵(lì)，為了控制陣列大小尺寸和調(diào)節(jié)饋電相位，相鄰單元間的串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線6采用蜿蜒線設(shè)計(jì)。
[0025]y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)4和X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5的功分幅度設(shè)計(jì)均實(shí)現(xiàn)中心到兩邊的幅度從大到小的銷錐分布，以利于減小副瓣電平。Y軸方向中間的微帶貼片I間距稍大，主要為了減小微帶貼片I和中間饋網(wǎng)走線的耦合。微帶貼片I與饋電微帶線6之間開兩個(gè)匹配間隙12，可以實(shí)現(xiàn)寬帶匹配。
[0026]參考圖4，圖4示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在X波段的寬帶緊湊型微帶陣列天線測(cè)試的S參數(shù)圖。通過測(cè)試結(jié)果可以看出，微帶陣列天線的Sll在9.43GHz到11.03GHz的范圍內(nèi)均在-1OdB以下，因此微帶陣列天線的-1OdB相對(duì)阻抗帶寬為15.6%，該天線使用單層結(jié)構(gòu)，利用饋電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了帶寬。
[0027]如圖5所示，其示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測(cè)試的垂直面(Υ0Ζ面)方向圖。微帶陣列天線在該面的最大輻射方向指向法向，方向圖完全對(duì)稱，副瓣電平為-
13.3dB，副瓣電平低于_12dB，滿足工程上的應(yīng)用。
[0028]如圖6所示，其示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測(cè)試的水平面(Χ0Ζ面)方向圖。微帶陣列天線在該面最大輻射方向指向法向，方向圖基本對(duì)稱，副瓣電平為-14.5dB，副瓣電平低于-12dB，滿足工程上的應(yīng)用。
[0029]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗帶寬的原理是，利用x，y兩個(gè)方向的功分饋電網(wǎng)絡(luò)先串聯(lián)再進(jìn)行并聯(lián)的混合方式進(jìn)行饋電，饋網(wǎng)在x，y兩個(gè)方向?qū)ΨQ設(shè)計(jì)，并通過對(duì)每一級(jí)的饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行阻抗匹配和優(yōu)化設(shè)計(jì)，天線可以覆蓋15%左右的阻抗帶寬，從而實(shí)現(xiàn)帶寬。
[0030]綜上所述，該微帶陣列天線的方向圖的指向不隨頻率的變化發(fā)生變化，且其還具有結(jié)構(gòu)緊湊，加工裝配簡(jiǎn)單，可以用單層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗帶寬。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.寬帶緊湊型微帶陣列天線，包括一塊介質(zhì)基板、設(shè)置在所述介質(zhì)基板上表面的微帶貼片和設(shè)置在所述介質(zhì)基板下表面的金屬地板;其特征在于:所述微帶貼片在所述介質(zhì)基板上成偶數(shù)行和偶數(shù)列的陣列排布，在所述介質(zhì)基板的X軸方向設(shè)置有兩條通過饋電結(jié)構(gòu)連接在一起的X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，連接在一起的兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)將偶數(shù)列微帶貼片均分成兩部分； 每排左側(cè)部分的微帶貼片和每排右側(cè)的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接組成一個(gè)子陣;每排左側(cè)子陣的微帶貼片和組成每排右側(cè)子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電，且每排左側(cè)的子陣與每排右側(cè)的子陣并聯(lián)，上下二分之一天線陣列的沿X向相鄰的兩個(gè)子針之間串聯(lián);沿X軸方向，介質(zhì)基板的上半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列和介質(zhì)基板的下半部分微帶貼片構(gòu)成的陣列通過饋電結(jié)構(gòu)并聯(lián)在一起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)T型功分器和至少一個(gè)一分三功分器;所述一分三功分器的個(gè)數(shù)比二分之一微帶貼片行數(shù)的個(gè)數(shù)少一個(gè);所述T型功分器與位于介質(zhì)基板邊緣的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接，每個(gè)一分三功分器與其鄰近的兩條y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接;所述T型功分器與至少一個(gè)一分三功分器依次連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)包括至少一個(gè)一分二功分器，相鄰的一分二功分器和每個(gè)功分器與相鄰的微帶貼片均通過微帶線連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線和所述X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的微帶線均設(shè)置呈蜿蜒形。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)和與其連接的微帶貼片采用邊緣中心饋電。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:每個(gè)微帶貼片在與其連接的y向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的兩側(cè)開設(shè)有匹配間隙。7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電結(jié)構(gòu)包括與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接的一分二功分器和一條一端與連接X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接的一分二功分器連接，另一端與金屬地板連接的微帶線。8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電結(jié)構(gòu)為一個(gè)一端與兩條X向串聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接，另一端與外部的同軸轉(zhuǎn)接器連接的SAM接頭。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶貼片在所述介質(zhì)基板上呈6X8的陣列排布。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶貼片為矩形結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01Q21/06GK105870612SQ201610199753
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】邵振海, 李鵬凱, 宋鴻
【申請(qǐng)人】國(guó)鷹航空科技有限公司