一種寬帶單層微帶貼片天線的製作方法
2023-05-18 07:36:46 2
專利名稱：一種寬帶單層微帶貼片天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種單層介質微帶貼片天線的改進結構，具體是一種寬 帶、金屬背腔結構、薄單層介質凸形微帶貼片天線。本實用新型既可用於 接收，也可用於發射無線電波。
背景技術：
寬帶天線在軍用和民用領域的應用越來越廣泛。同時，在某些具體的
應用中，對於天線陣還有諸如體積、重量、效率和環境適應性等方面的 特殊要求。例如對於機/星載平臺，要求天線剖面薄、重量輕、效率高並 且滿足一定環境應用條件。
適合於平面天線陣的輻射天線有多種形式，主要有波導縫隙天線陣、 印刷振子和微帶貼片天線陣等。波導縫隙天線陣效率高，但重量重、加工 成本高；印刷振子天線陣剖面高、構成平面陣列時結構組裝相對複雜；微 帶貼片天線具有剖面4氐、易於批量加工構成大型平面天線陣，^f旦其帶寬窄。 對於天線形式的選擇需要根據實際要求，綜合各方因素折中考慮。
微帶天線由於擁有剖面低、重量輕、易於加工和易於與其它有源器件 集成等眾多優點，因此，具有廣闊的應用範圍。
普通的微帶天線具有阻抗帶寬窄的缺點，研究人員對展寬微帶天線的 阻抗帶寬已經做了大量的研究，比較典型的方法有
1.採用多層貼片的方式，尤其是雙層貼片天線形式，通過上下不同大 小的貼片構成雙諧振點，從而增加微帶天線的阻抗帶寬。但這種結構有其 固有的缺點，即，需要多層介質板，典型結構如雙層微帶貼片天線，它包 括了輻射饋電介質層、寄生貼片介質層和兩者之間的泡沫層，多層介質通 過粘結組裝，這種結構具有幾個明顯的缺陷，即，不同材料介質板粘結的 粘膠選擇和加工工藝問題；不同材料熱漲係數差異帶來整個天線熱變形問 題；對於星載SAR天線而言還有天線陣面熱傳導低下的問題；不利於有源相控陣天線熱設計。
2. 採用同軸饋電形式的各種槽(如E型槽，U型槽等)加載的微帶貼 片天線也能增加;欽帶天線的阻抗帶寬。這類結構的貼片天線單元在組成大 型平面天線陣(非兩維較大角度掃描陣，如一維掃描陣，或另一維較小掃描 陣。比較典型的應用實例是星載合成孔徑雷達中的二維有源相控陣天線， 其距離向通常要求掃描±20。左右，而方位向掃描僅土1。左右，因此整個 相控天線陣通常由許多獨立的多單元構成)時有其固有的缺陷每個輻射單 元都採用探針饋電不利於加工，並且大量探針與微帶貼片之間的垂直焊點 降低了系統的可靠性；為了組成平面陣，仍需要額外的功分網絡；另外， 這些天線單元的介質板厚度通常都較厚，因此增加了天線的重量，且不利 於微帶功分網絡共面設計。
3. 其它諸如L形微帶和終端加載等電磁耦合饋電微帶貼片天線都具有 以上向類似的結構缺陷。
實用新型內容
為了解決現有普通的微帶天線存在阻抗帶寬窄的缺點，本實用新型提 供一種寬帶金屬背腔結構薄單層介質凸形微帶貼片天線。具有良好的寬頻 帶特徵，且結構簡單，便於組成平面陣。
實現上述目的的具體技術方案如下
一種寬帶單層微帶貼片天線包括具有微帶貼片、微帶介質板和金屬背 腔的微帶貼片天線，所述微帶貼片位於微帶介質板的正面中部；
所述微帶貼片為單層凸形微帶貼片，具有兩種寬度的階梯狀共面微帶 線的 一端通過凸形微帶貼片上的開槽插入貼片天線內，饋電微帶線的另一 端位於微帶介質板的邊緣；
與微帶貼片相對應處之外的微帶介質板背面設有金屬地層，整個微帶 介質板背面還設有結構支撐板，與微帶貼片相對應的結構支撐板中部設有 內凹背腔，內凹背腔的內表面設有金屬層，形成金屬背腔。
所述凸形微帶貼片下部的矩形部分尺寸為L=15mm， W=7. 6mm,其上部凸 出部分尺寸為Ll=l 0，W1=1. 2mm;所述凸形^[效帶貼片上的開槽為矩形槽；
4所述插入貼片內部的共面微帶線的寬度W2為1. 9mm，長度L2為9. 9隱， 相連接的另一段共面微帶線的寬度Wf為0. 3mm。
所述金屬背腔緊貼在微帶介質板的背面，位於微帶貼片的正下方，金 屬背腔高度Hc為3. 5mm，背腔口徑尺寸長度Lc為16. 4mm，寬度Wc為16. 4mm。
所述微帶介質板材料為聚四氟乙烯(RT6002 )，介電常數為2.94;厚度 Hd為0. 508毫米，長度L0為30mm，寬度W0為30mm。
所述結構支撐板可為普通鋁蜂窩結構板或金屬板。 本實用新型具有以下几几方面的有益技術效果
採用共面微帶線對凸形微帶貼片進行饋電，降低大型平面微帶天線陣 的加工難度，並且採用薄微帶介質板以利於階梯狀共面微帶線的設計，易 於構成大型微帶貼片天線陣；
充分利用大型微帶平面陣的結構支撐板，在凸形微帶貼片正下方的結 構支撐板上開矩形腔體，以便增加凸形微帶貼片微帶介質板的有效厚度和 降低有效介電常數，實現^t帶貼片天線寬帶性能。
階梯狀共面微帶線通過凸形微帶貼片上的開槽，深入到貼片天線內部， 並且選擇不同的微帶線的寬度，有利於天線的阻抗匹配。
天線背腔凹槽開於結構板中，減少了結構板實體部分，電、機一體化 設計實現天線減重約17%。
所述改進的寬帶凸形微帶貼片天線採用階梯狀共面微帶線進行饋電， 可以與微帶功分網絡一起印刷在微帶介質板上，容易組成大型平面天線陣， 結構筒單，易於加工；採用薄層介質板有利於微帶功分網絡的設計，並且 降低了天線重量；充分利用微帶天線陣的結構支撐板，使展寬帶寬的背腔 與結構板一體化設計，無額外增加設備，並且降低了結構板的重量。
本實用新型結構簡單、緊湊、橫截面小。
圖1為本實用新型天線的結構俯^L圖2為本實用新型天線沿圖1中AA，的剖面圖3為本實用新型天線的凸形微帶貼片l結構尺寸示意圖；圖4為本實用新型天線的階梯共面微帶線2結構尺寸示意圖5為本實用新型天線的背腔3和微帶介質板4結構尺寸示意圖6為本實用新型天線輸入埠反射係數結果圖7為本實用新型優選實施例8單元微帶天線線陣結構示意圖8為本實用新型優選實施例8 x 8微帶天線子陣結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地描述。 實施例1:
參見圖1和圖2, —種寬帶金屬背腔式單層凸形微帶貼片天線包括凸形 微帶貼片1、具有兩種寬度的階梯狀共面微帶線2、背腔3、微帶介質板4、 結構支撐板5和金屬地6。
具有兩種寬度的共面微帶線2的一端通過凸形微帶貼片上的開槽插入 到貼片天線內部，饋電微帶線2的另一端位於微帶介質板4的邊緣；
與微帶貼片1相對應處之外的微帶介質板4背面設有金屬地層6,整個 微帶介質板4背面還設有結構支撐板5，與微帶貼片1相對應的結構支撐板 5中部為內凹背腔3，內凹背腔3的內表面設有金屬層，形成金屬背腔。
如圖3所示，凸形微帶貼片1長度L為15mm，寬度W為7. 6mm;凸形微 帶貼片1邊桑彖一側凸起部分長Ll為3. Omm，寬Wl為1. 2mm;凸形孩i帶貼片1 邊緣另一側開有一長度Ls為6. 8mm寬度Ws為4. 9隱的矩形槽，以便階梯 狀共面微帶線2能伸入凸形微帶貼片1內部。
如圖4所示，階梯狀共面微帶線2伸入凸形微帶貼片1內部，階梯狀 共面微帶線2由寬度不同的兩段微帶線組成，與凸形微帶貼片1內部直接 相連的微帶線寬度較寬，尺寸分別為長L2為9. 9mm、寬W2為1. 9mm,階梯 狀共面微帶線2寬度較窄的部分寬度Ws為0. 3mm。
如圖2和圖5所示，結構支撐板5緊貼於微帶介質板4的背面，結構 支撐板5內有一長方體內凹背腔3,內凹背腔3位於凸形微帶貼片1的正下 方，且緊貼於微帶介質板4的背面，內凹背腔3長Lc為16. 4隱、寬Wc為 16. 4隱、高Hc為3, 5mm。孩吏帶介質板4長LO為30mm、寬為WO為30mm、厚
6度Hd為0.508mm;孩吏帶介質板4材料為聚四氟乙烯。
如附圖2所示，位於背腔3正上方微帶介質板4背面的接地銅箔已經 被腐蝕去除，去除部分口徑大小與背腔3上部開口的口徑大小相同；背腔3 內壁鍍有一層銅箔，此銅箔與微帶介質板4背面未被腐蝕去除的銅箔良好 接觸，共同構成微帶貼片天線的金屬地6。
本實用新型工作原理如下
凸形微帶貼片l正下方的背腔3中介質為空氣，空氣的介電常數約為1, 降低了凸形孩i帶貼片1下方介質的有效介電常數，有利於展寬微帶貼片天 線的阻抗帶寬；同時，由於背腔3中的空氣介質的存在，也起到了增加凸 形微帶貼片1下方介質的等效高度，這也有利於展開微帶貼片天線的阻抗 帶寬；採用獨特的凸形微帶貼片l和背腔3，能形成多個諧振頻率值，通過 調節凸形貼片l和背腔3的尺寸，能夠調節各諧振頻率值間距，當各諧振 頻率值間距恰當時，就能效展寬微帶貼片天線的阻抗帶寬；由於下方有背 腔3的微帶介質板4的有效介電常數及等效高度和單純的微帶介質板4的 有效介電常數及等效高度均不相同，故相同寬度微帶線的特性阻抗也不同， 故本實用新型採用獨特的階梯狀共面微帶線2對凸形微帶貼片l饋電，以 便達到寬帶匹配的目的，從而有效展寬微帶貼片天線的阻抗帶寬；綜上所 述，本實用新型有效地展寬了微帶貼片天線的阻抗帶寬，從而極大地提高 了性能。
另外，本實用新型採用與微帶貼片共面的微帶線饋電方式，有利於由 子陣級組成大型天線陣的加工。 本實用新型性能如下
附圖6為本實用新型X波段天線單元Sll參數隨頻率變化的曲線。在 S11《-10dB的考核條件下，阻抗帶寬為4. 36GHz ( 8. 6GHz到12. 96GHz), 即天線的相對阻抗帶寬為40°/。，而常規單層微帶貼片天線帶寬僅在1%之內。
實施例2:
本實用新型的一個優選實施例如圖7所示，是一應用於X波段8元微 帶天線線陣，此線陣由4個2單元陣沿直線平移而成，2單元間採用反相饋電方式，8個凸形微帶貼片1與共面的1: 8微帶功分網絡7相連構成一個線 陣，最終與一個同軸連接器8通過垂直焊接。 實施例3:
本實用新型的另一個優選實施例如圖8所示，該8 x 8孩史帶天線子陣由 圖7所示8元線陣沿同一方向平移而成，此子陣與T/R組件相連，輔以電 源、波控和安裝結構件等可以擴展成大型子陣級有源相控陣天線。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的詳細說明， 不能認定本實用新型具體實施僅限於這些說明。對於本實用新型所屬技術 領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若 幹簡單推演或替換，如不同形狀的貼片和背腔，都應當視為屬於本實用新 型由所提交的權利要求書確定的實用新型保護範圍。
權利要求1、一種寬帶單層微帶貼片天線，包括具有微帶貼片、微帶介質板和金屬背腔的微帶貼片天線，所述微帶貼片位於微帶介質板的正面中部，其特徵在於所述微帶貼片為單層凸形微帶貼片，具有兩種寬度的階梯狀共面微帶線的一端通過凸形微帶貼片上的開槽插入貼片天線內，饋電微帶線的另一端位於微帶介質板的邊緣；與微帶貼片相對應處之外的微帶介質板背面設有金屬地層，整個微帶介質板背面還設有結構支撐板，與微帶貼片相對應的結構支撐板中部設有內凹背腔，內凹背腔的內表面設有金屬層，形成金屬背腔。
2、 根據權利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特徵在於 所述凸形微帶貼片下部的矩形部分尺寸為L=15mm,W=7. 6mm，其上部凸出部 分尺寸為Ll=3. 0，W1=1. 2mm;所述凸形微帶貼片上的開槽為矩形槽，
3、 根據權利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特徵在於 所述插入貼片內部的共面微帶線的寬度W2為1. 9mm，長度L2為9. 9隱，相 連接的另一段共面微帶線的寬度Wf為0. 3mm。
4、 根據權利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特徵在於 所述金屬背腔緊貼在微帶介質板的背面，位於微帶貼片的正下方，金屬背 腔高度Hc為3. 5mm,背腔口徑尺寸長度Lc為16. 4mm,寬度Wc為16. 4腿。
5、 根據權利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特徵在於 所述微帶介質板材料為聚四氟乙烯(RT6002 ),介電常數為2.94;厚度Hd 為0. 508毫米，長度L0為30mm,寬度WO為30mm。
6、 根據權利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特徵在於 所述結構支撐板可為普通鋁蜂窩結構板或金屬板。
專利摘要本實用新型涉及一種寬帶單層微帶貼片天線。解決了現有普通的微帶天線存在阻抗帶寬窄的問題。該天線的微帶貼片為單層凸形微帶貼片，具有兩種寬度的階梯狀共面微帶線的一端通過凸形微帶貼片上的開槽插入貼片天線內，饋電微帶線的另一端位於微帶介質板的邊緣；與微帶貼片相對應處之外的微帶介質板背面與結構支撐板中部設有內凹金屬背腔。本實用新型易於構成大型微帶貼片天線陣；有利於天線的阻抗匹配；有利於微帶功分網絡的設計和降低天線重量；有利於展寬天線帶寬；本實用新型結構簡單、緊湊、橫截面小；提高了天線電訊性能的同時降低了天線陣整體重量。
文檔編號H01Q1/38GK201289899SQ20082021532
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者盧曉鵬, 宋小弟, 張智慧, 張洪濤, 偉 汪 申請人:中國電子科技集團公司第三十八研究所