一種實現寬波束的低剖面圓極化微帶天線的製作方法
2023-06-14 09:33:06 2
一種實現寬波束的低剖面圓極化微帶天線的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種新型寬波束低剖面微帶天線，包括底層介質基片1，圓形微帶貼片2，短路圓柱3，為實現圓極化在圓形微帶貼片中央的開縫4，饋電同軸接頭5，頂層介質基片6，和短路圓柱3連接的圓形微帶貼片7，為了焊接方便在頂層介質基片中央開的圓形孔8，短路圓柱3向下穿過底層介質基片1，向上穿過頂層介質基片6，和圓形貼片7相交。
【專利說明】—種實現寬波束的低剖面圓極化微帶天線
【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁波技術，特別涉及寬波束圓極化微帶天線技術。
【背景技術】
[0002]相控陣天線具有可靠性高、波束靈活易變、掃描速度快、掃描精度高等優點。為了能夠探測寬角度範圍內的目標，要求相控陣天線具有寬角掃描能力，寬波束掃描相控陣天線成為近幾年來國內外研究的熱點。為了降低相控陣天線在寬角度掃描時的副瓣電平，要求天線單元具有寬波瓣方向圖。微帶天線具有體積小、重量輕、加工成本低、易和有源器件相集成等優點，成為相控陣天線首選的單元天線形式。但是微帶天線的窄波瓣特性，成為限制其不能廣泛應用於寬角掃描相控陣天線的主要缺點。近年來，國內外學者對展寬微帶天線波瓣寬度的方法進行了廣泛和深入的研究，取得了很多突破性的研究成果。已經報導的展寬微帶天線波瓣寬度的方法包括:使用輔助的輻射單元、延長微帶天線的介質、使用金字塔形的地、利用高次模、在微帶天線的貼片上加載縫隙和枝節、在圓形微帶貼片的周圍加載短路柱等等。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是，提供一種新型的寬波束低剖面圓極化微帶天線。
[0004]本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是，一種實現寬波束的低剖面圓極化微帶天線。包括兩層介質基片，在底層介質基片上表面的圓極化微帶貼片，在底層基片下表面的饋電同軸接頭，在頂層介質基片上表面的四個圓形貼片，連接頂層介質基片和底層介質基片的四個短路圓柱，在頂層介質基片中央開的圓形孔。為實現圓極化，在底層微帶貼片的中央開一個斜45度的縫。在底層下表面的饋電同軸接頭的內導體穿過介質基片和上表面的微帶貼片相連接。四個短路圓柱均勻地分布在底層介質基片上表面微帶貼片的周圍且鄰近微帶貼片的邊緣。四個短路圓柱向下穿過底層介質基片，向上穿過頂層介質基片分別和頂層介質基片上表面的四個圓形貼片相連。
[0005]由於短路柱的輻射場類似單極子的輻射場，最大的輻射方向和微帶貼片天線的軸向有一定的夾角，和微帶貼片天線的圓極化輻射場相疊加，實現寬波束。在頂層介質基片上表面和四個短路圓柱相連的四個圓形微帶貼片相當於在單極子上加載了電容，以此縮短單極子的長度，實現低剖面。短路柱通過和圓極化微帶貼片之間的耦合進行饋電，耦合的強度可以通過調節短路柱離圓極化微帶貼片邊緣的距離和頂層介質基片上表面的圓形貼片來實現。
[0006]本發明的有益效果是，加工方便，製作成本低，能有效展寬圓極化微帶天線的波瓣寬度和保持微帶天線低剖面的優良性質。應用在寬角掃描相控陣的單元天線上，能降低相控陣天線寬角掃描時的副瓣電平，改善相控陣寬角掃描的特性。
【專利附圖】
【附圖說明】[0007]圖1是本發明使用圓形貼片時的底層正面圖。
[0008]圖2是本發明使用圓形貼片時的頂層正面圖。
[0009]圖3是本發明結構的側面圖。
[0010]圖4是實施例的阻抗帶寬曲線。
[0011]圖5是實施例的3dB軸比曲線。
[0012]圖6是實施例在2.964GHz時φ=0°和φ=90°的歸一化輻射方向圖。 [0013]圖7是實施例在2.994GHz時9=0,9=90^歸一化輻射方向圖。
[0014]圖8是實施例在3.024GHz時φ=0°和φ-90°的歸一化輻射方向圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示的寬波束低剖面微帶天線的底層介質基片，包括底層介質基片1，圓形微帶貼片2，短路圓柱3，為實現圓極化在圓形微帶貼片中央的開縫4，饋電同軸接頭5。寬波束低剖面微帶天線的頂層結構如圖2所示，包括頂層介質基片6，和短路圓柱3連接的圓形微帶貼片7，為了焊接方便在頂層介質基片中央開的圓形孔8，短路圓柱3向下穿過底層介質基片1，向上穿過頂層介質基片6，和圓形貼片7相交，如圖3所示。也可以使用4個或者4個以上的偶數個短路柱，均勻分布在圓形微帶貼片貼片邊緣上。圓形貼片中央開縫的為了激烈起兩個正交的模式來實現圓極化，圓形貼片開縫的長度可以調節微帶天線的軸t匕，具體調節方式為圓極化微帶天線的慣用手段，不在此贅述。也可以通過兩個正交的饋電點，饋電相位相差90°來實現圓極化。短路柱可以為圓形、方形、菱形或三角形等柱體。短路柱在該天線中起著展寬波瓣寬度的作用，輻射的方向圖類似於單極子。在頂層介質基片上表面的圓形微帶貼片和短路圓柱相交，起到電容加載的作用，縮短了單極子的長度，從而實現了天線的低剖面特性。在頂層介質基片上表面的微帶貼片可以為圓形，方形，菱形，三角形等。短路柱通過和底層介質上表面的微帶貼片之間的耦合進行饋電，耦合的強度可以通過調節短路柱離貼片邊緣的距離和頂層介質基片上表面的微帶貼片的大小改變；邊緣的距離越小，耦合強度越大，對波瓣展寬越寬；頂層介質基片上表面微帶貼片越大，耦合強度越大，對波瓣展寬越寬。
[0016]以圖1採用4根短路柱、底層和頂層都採用圓形微帶貼片的寬波束低剖面圓極化微帶天線為例。
[0017]介質基片的大小為70mmX70mm,介電常數為2.25的聚四氟乙烯玻璃纖維材料，也可以採用其他介電常數的聚四氟乙烯玻璃纖維、聚乙烯、聚苯乙烯、石英、陶瓷等材料。圓形貼片的半徑為14.1mm,可實現微帶天線工作的中心頻率為2.994GH,圓極化微帶天線的-1OdB阻抗帶寬為250MHz (2.9-3.15GHz)，相對帶寬為8.26%，如圖4所示。貼片上開縫的長度為18.8mm,實現微帶天線的3dB軸比帶寬為60MHz (2.964-3.024GHz)，相對帶寬為2.0%，如圖5所示。短路柱用於展寬圓極化微帶天線的波瓣寬度，而短路柱末端加載的圓形微帶貼片相當於電容加載，以使天線保持低剖面的特性。當短路柱的高度為8.49mm,半徑為1.0mm,末端加載的圓形微帶貼片的半徑為4.6mm時,實現在中心頻率2.994GHz處的波瓣寬度為134°，如圖6所示，在2.946GHz時，φ=0°的歸一化輻射方向圖，3dB波瓣寬度為135° ;φ=90°的歸一化輻射方向圖，3dB波瓣寬度為110°。如圖7所示，在2.994GHz時，φ=0°的歸一化輻射方向圖，3dB波瓣寬度為134° ;和中=90°的歸一化輻射方向圖，3dB波瓣寬度為126°。如圖8所示，在3.024GHz時，φ=0°的歸一化輻射方向圖，3dB波瓣寬度為121° ;φ=90°的歸一化輻射方向圖，3dB波瓣寬度為154°。同軸接頭的位置影響微帶天線的匹配，本實施例中同軸接頭的位置離圓形貼片中心的距離為8.0mm可以使微帶天線得到很好的匹配。通過仿真可以得傳統微帶天線的3dB波瓣寬度為74°，採用本發明的實施例在中心頻率的3dB波瓣寬度是134°，是傳統微帶天線3dB波瓣寬度的1.81倍
【權利要求】
1.本發明為一種新型，低剖面，寬波束圓極化微帶天線，包括兩層介質基片，在底層介質基片上表面的圓極化微帶貼片，在底層介質基片下表面的饋電同軸接頭，在頂層介質基片上表面的四個圓形貼片，連接頂層介質基片和底層介質基片的四個短路圓柱，在頂層介質基片中央開的圓形孔。為實現圓極化，在底層微帶貼片的中央開一個斜45度的縫。在底層介質基片下表面的饋電同軸接頭的內導體穿過介質基片和上表面的微帶貼片相連接。四個短路圓柱均勻地分布在底層介質基片上表面微帶貼片的周圍且鄰近微帶貼片的邊緣。四個短路圓柱向下穿過底層介質基片，向上穿過頂層介質基片分別和頂層介質基片上表面的四個圓形貼片相連。
2.如權利要求1所述的寬波束圓極化天線，其特徵在於底層介質基片上表面的圓極化微帶貼片為中央開縫的圓形或者方形微帶貼片，以及可以實現圓極化形式的任何貼片形式。
3.如權利要求1所述的寬波束圓極化天線，其特徵在於底層介質基片下表面有一個饋電同軸接頭。為實現圓極化也可以在底層介質基片下表面兩個相互正交的位置放置兩個饋電同軸接頭即雙點饋電實現圓極化。
4.如權利要求1所述的寬波束圓極化天線，其特徵在於連接底層介質基片和頂層介質基片，均勻分布在底層介質基片上表面微帶貼片周圍的四個短路圓柱。短路圓柱個數可以為四個或四個以上的偶數且均勻分布在底層介質上表面微帶貼片周圍。短路柱可以為圓柱、方柱、菱形柱、三角形柱等。
5.如權利要求1所述的寬波束圓極化天線，其特徵在於在頂層介質基片的上表面有四個均勻分布的圓形貼片。貼片的個數可以為四個或者四個以上的偶數，但必須和權利要求4中短路柱的個數相同。貼片的形式可以為圓形、方形、菱形、三角形、橢圓形等。
6.如權利要求1所述的寬波束圓極化天線，其特徵在於在頂層介質中央開一個圓形的孔。開孔的形式可以為圓形、方形、三角形、菱形等，也可以不開孔。
【文檔編號】H01Q13/08GK103794852SQ201210434559
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月5日 優先權日:2012年11月5日
【發明者】楊峰, 吳川, 趙涵, 張銀, 楊鵬, 歐陽駿 申請人:電子科技大學