一種平面高增益微帶反射陣列天線的製作方法
2024-03-23 09:21:05 1
一種平面高增益微帶反射陣列天線的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種平面高增益微帶反射陣列天線，包括饋源、極化柵格和反射面，饋源由2×2的微帶貼片陣列組成，極化柵格採用印刷偶極子陣列，反射面採用陣列單元的設計，反射面由96個反射單元組成，每個反射單元的微帶金屬貼片層為正方形微帶貼片，用金屬柱的支架把極化柵格與反射面連結固定，使得極化柵格中印刷偶極子極化方向與饋源極化方向一致，就構成了折合式反射陣列天線，本發明所述天線具有結構及饋電簡單、高增益、低剖面極化純度高等特點，且加工難度小，製作成本低，易於尋找加工單位。
【專利說明】一種平面高增益微帶反射陣列天線
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種天線，尤其是一種發射陣列天線。
【背景技術】
[0002] -直以來，衛星通信、雷達偵測、深空探測以及射電天文學研究等領域內需要高增 益、低剖面小型化的天線以實現遠距離無線通信，反射陣列天線扮演著重要角色。反射陣列 天線具有小型化高增益的特點，反射陣列天線主要由極化柵格、饋源和反射面組成，反射陣 列天線的入射波由饋源提供，電磁波經過極化柵格反射到反射面上，電磁波經過反射面二 次反射出去在空間形成電磁波束。而一般技術採用矩形或圓錐形喇叭天線作為饋源，而喇 叭天線的交叉極化問題突出，發射出的電磁波極化純度低，導致整個反射陣列天線的電磁 波束極化純度低、增益低，影響天線整體性能。此外由於通信頻段的升高，饋源尺寸相應減 小，喇叭天線的加工難度呈指數增加，天線加工誤差會對天線性能產生巨大影響，加工誤差 使得天線的理論值和天線的實測值差距明顯。反射陣列天線的另外一個重要部分就是構成 反射面的反射單元，常用的反射單元一般為矩形，設計中需要根據單元的長寬來計算單元 反射相位，從而計算整體天線性能，但是矩形單元可調整的相位範圍有限，且難同時調整兩 個方向上的相位，即相位調整不靈活，調整範圍有限，限制了天線的掃描範圍。上述兩種問 題在很大程度上制約著反射天線的極化純度、設計靈活度、增益、掃描範圍和效率，解決上 述問題就成為了我們的研究方向。
【發明內容】
[0003] 本專利為了解決饋源交叉極化問題，以及設計加工難度大，增益不夠高，反射單元 的相位調整範圍小，調整靈活度小的問題。目前現有技術因為天線結構原因，單純靠參數優 化達不到預期的效果，所以我們需要尋找另一種結構來同時滿足高極化純度、高增益、低剖 面、高效率、掃描角度大及結構簡單的特性。
[0004] 本發明所設計的反射陣列天線主要由三部分構成：饋源、極化柵格和反射面。
[0005] 所述饋源由2X2的微帶貼片陣列組成，採用兩級一分二功分器，背饋方式饋電。
[0006] 所述極化柵格，採用印刷偶極子陣列，本發明選擇長16. 9mm寬0. 2mm的印刷偶極 子陣列作為極化柵格。
[0007] 所述反射面採用陣列單元的設計，反射面由96個反射單元組成，每個反射單元從 上到下總共分四層，即微帶金屬貼片層、開有縫隙的地層、相位延遲線層和金屬層，金屬貼 片層與開有縫隙的地層之間填充厚度為〇. 78_、介電常數為2. 2的介質基板，開有縫隙的 地層與相位延遲線層之間填充厚度為〇. 4mm、介電常數為4. 4的介質基板，相位延遲線層與 金屬層之間是厚度為7. 5_的空氣層，所述每個反射單元的微帶金屬貼片層為正方形微帶 貼片，每個微帶貼片邊長為8. 75mm，貼片間的間距為14. 7mm，相位延遲線通過縫隙耦合與 反射單元的微帶貼片相連。
[0008] 用金屬柱的支架把極化柵格與反射面以間隔7. 5mm的距離連結固定，使得極化柵 格中印刷偶極子極化方向與饋源極化方向一致，就構成了折合式反射陣列天線。
[0009] 本發明的有益效果是採用了微帶貼片天線作為饋源天線可以很方便的加工在反 射陣面上，採用背饋的饋電方式，結構簡單益於加工；其次，微帶貼片天線的製作成本遠低 於喇叭天線的製作成本；最後，微帶貼片天線的參數較多，給設計帶來更多的自由度。本發 明的發射陣列天線結構尺寸比較規則，有利於進行仿真計算。微帶反射陣還具有低剖面，體 積小，重量輕，其平面結構可摺疊，易於與其他物體共形，易於與微帶電路集成等優點。本發 明整個天線結構具有大範圍掃描的特性，這種結構還可以獲得較高的效率和增益。本發明 所述天線具有結構及饋電簡單、高增益、低剖面極化純度高等特點，且加工難度小，製作成 本低，易於尋找加工單位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明的天線饋源。
[0011] 圖2是本發明偶極子陣列單元平面圖的俯視圖。
[0012] 圖3是本發明印刷偶極子陣列的俯視圖。
[0013] 圖4是本發明反射陣列單元詳細尺寸圖的俯視圖。
[0014] 圖5是本發明本發明平面微帶反射陣列單元剖面圖。
[0015] 圖6是本發明平面微帶反射陣列天線反射陣面。
[0016] 圖7是本發明掃描為0°時，微帶反射陣列的反射係數。
[0017] 圖8是本發明掃描為45°時，微帶反射陣列的反射係數。
[0018] 圖9是本發明掃描角為0°時，E面方向圖的實測與仿真結果。
[0019] 圖10是本發明掃描角為0°時，H面方向圖的實測與仿真結果。
[0020] 圖11是本發明掃描角為45°時，E面方向圖的實測與仿真結果。
[0021] 圖12是本發明掃描角為45°時，H面方向圖的實測與仿真結果。
[0022] 其中，zl是第二級功分器的長度，z2是第二級功分器末端與貼片的距離，z3是饋 源貼片的寬度，z4是饋源貼片的長度，z5是第一級功分器的長度，D1、K1表示極化柵格單元 的長和寬，D2、K2分別表示偶極子的長和寬，1表示反射面微帶貼片，2、4表示縫隙，3、5表 示相位延遲線，7表示饋源貼片，8代表整個功分器，a為反射單元的邊長，lp為反射面微帶 貼片的邊長，W為相位延遲線的寬度，wl為縫隙在反射貼片的正下方部分的寬度，w2為縫 隙在反射貼片的外部的寬度，11為相位延遲線深入貼片下端部分的頂端到縫隙最裡端的距 離，12為縫隙上下端的長度，13為相位延遲線在反射貼片外部的頂端與縫隙中間部分外側 的距離，14為縫隙上下端內側的距離，L1為反射貼片層，L2為縫隙層，L3為相位延遲線層， L4為金屬層，hi為反射貼片層與縫隙層之間的距離，h2為縫隙層與相位延遲線層之間的距 離，h3為相位延遲線層與金屬板的距離。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0024] 本發明設計了兩個掃描角分別為0度和45度的折合式平面微帶反射陣列天線。
[0025] 如圖1所示，饋源採用由2X2的微帶貼片陣列，陣元為長12. 9mm，寬8. 7mm的微帶 貼片，可以採用一分四功分器，但是性能不如兩級一分二功分器好，設計相對麻煩，而一分 二功分器容易實現，方便加工，性能也好，滿足要求，所以此饋源採用兩級一分二功分器進 行饋電。
[0026] 圖1中的尺寸如下表：
【權利要求】
1. 一種平面高增益微帶反射陣列天線，其特徵在於：包括饋源、極化柵格和反射面； 所述饋源由2X2的微帶貼片陣列組成，採用兩級一分二功分器，背饋方式饋電； 所述極化柵格，採用印刷偶極子陣列，本發明選擇長16. 9mm寬0. 2mm的印刷偶極子陣 列作為極化柵格； 所述反射面採用陣列單元的設計，反射面由96個反射單元組成，每個反射單元從上到 下總共分四層，即微帶金屬貼片層、開有縫隙的地層、相位延遲線層和金屬層，金屬貼片層 與開有縫隙的地層之間填充厚度為〇. 78mm、介電常數為2. 2的介質基板，開有縫隙的地層 與相位延遲線層之間填充厚度為0. 4mm、介電常數為4. 4的介質基板，相位延遲線層與金 屬層之間是厚度為7. 5_的空氣層，所述每個反射單元的微帶金屬貼片層為正方形微帶貼 片，每個微帶貼片邊長為8. 75mm，貼片間的間距為14. 7mm，相位延遲線通過縫隙耦合與反 射單元的微帶貼片相連； 用金屬柱的支架把極化柵格與反射面以間隔7. 5mm的距離連結固定，使得極化柵格中 印刷偶極子極化方向與饋源極化方向一致，就構成了折合式反射陣列天線。
【文檔編號】H01Q21/00GK104362435SQ201410625792
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】韋高, 佟進款, 韓旭 申請人:西北工業大學