一種準空氣帶狀線陣列天線單元的製作方法
2023-09-20 13:22:10 1
一種準空氣帶狀線陣列天線單元的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種準空氣帶狀線陣列天線單元，由上層T形金屬地板，上層泡沫、印刷介質板、下層泡沫、下層T形金屬地板構成，並採用圍框和螺釘相配合對天線各部分進行固定。其中印刷介質板上印刷由饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂，通過帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段實現對偶極子輻射臂的等幅反相饋電。本實用新型提供的準空氣帶狀線陣列天線單元的阻抗帶寬達到了40%（駐波值＜2），方向圖中3dB波束寬度為70°×180°，具有較寬的阻抗帶寬和波束寬度。本實用新型天線具有重量輕、抗幹擾性強，且適於與帶狀線饋電網絡進行一體化設計加工，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
【專利說明】一種準空氣帶狀線陣列天線單元
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及天線設計【技術領域】，尤其涉及一種準空氣帶狀線陣列天線單元。【背景技術】
[0002]天線單元在一定程度上決定著陣列天線的電性能和構形，因此，尋找和研製合適的天線單元是陣列天線設計的關鍵內容之一。傳統的陣列天線單元採用微帶印刷偶極子天線形式，但其易受到外界電磁場環境的影響。為提高抗幹擾性，帶狀線形式的陣列天線單元越來越受到青睞。
[0003]帶狀線天線通常採用雙層介質板壓合而成，形成上中下三層，其中上下層蝕刻振子天線，中間採用L形耦合饋電的方式。該形式天線在上下介質板壓合過程中，需要較高的加工精度，確保上下層振子天線完全對稱。且目前陣列天線對於輕型化的要求越來越高，採用雙層介質板勢必增加了天線的重量。
實用新型內容
[0004]本實用新型針對現有天線單元存在的不足，提出了一種準空氣帶狀線陣列天線單元形式，採用帶狀線結構和泡沫材料使天線單元具有抗幹擾性強、重量輕、加工簡單等優點，且易於與饋電網絡實現一體化集成設計，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
[0005]本實用新型為一種準空氣帶狀線陣列天線單元，所述準空氣帶狀線陣列天線單元包括從上至下依次為上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質板、下層泡沫和下層金屬地板，其中所述印刷介質板上印刷有電路，且所述電路連接饋源信號。
[0006]較佳地，所述印刷介質板上單面或雙面對稱印刷有電路。
[0007]較佳地，所述電路由依次相連的饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂組成，其中所述饋源輸入部分帶狀線連接饋源信號；所述饋源輸入部分帶狀線經過所述帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段，再通過所述耦合帶狀線對偶極子輻射臂進行饋電，且所述帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段使兩耦合帶狀線的長度相差半個所述準空氣帶狀線陣列天線單元的工作波長。
[0008]較佳地，所述金屬地板呈T形，且所述金屬地板在所述印刷介質板上的投影覆蓋所述饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段和耦合帶狀線。
[0009]較佳地，所述上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質板、下層泡沫和下層金屬地板通過圍框並配備螺釘進行固定。
[0010]較佳地，所述圍框與所述電路連接饋源信號的位置相對應處設置有一安裝孔，所述安裝孔上設置有一接頭，所述電路通過所述接頭接收饋源信號。
[0011]較佳地，所述印刷介質板的介電常數為I?3.5,厚度為0.2?0.5mm。
[0012]較佳地，所述上層泡沫和下層泡沫的介電常數為I?1.2，厚度為2?8_，損耗角正切小於等於3X10-4。
[0013]本實用新型由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:本實用新型提供的準空氣帶狀線陣列天線單元
[0014](I)本實用新型引入泡沫材料作為天線支撐結構，有效地減輕了天線的重量，具有輕型化、易加工等特點；
[0015](2)本實用新型中上下金屬板為T形結構，方便加工，對精度要求不敏感，易於與陣列天線中有源電路的金屬殼體進行一體化加工；另外印刷電路可與饋電網絡進行集成設計，適合於大量批產工作。
[0016](3)本實用新型提供的準空氣帶狀線陣列天線單元，在4.2?6.4GHz的頻率範圍內駐波值〈2，天線的阻抗帶寬達到了 40% (駐波值< 2)，在中心頻點5.3GHz處，方向圖的3dB波束寬度為2 ΘΕΧ2 ΘΗ=70° X 180°，具有較寬的波束寬度，為陣列天線進行寬角波束掃描提供了必要地前提條件。本天線重量輕、抗幹擾性強、易加工、集成度高，在工作頻帶內具有良好的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]結合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本實用新型的上述及其他特徵和優點，其中:
[0018]圖1為本實用新型的分層示意圖；
[0019]圖2為本實用新型印刷介質板上電路的結構示意圖；
[0020]圖3為本實用新型的仿真駐波曲線圖；
[0021]圖4為本實用新型的仿真方向圖。
[0022]符號說明:
[0023]I —上層金屬地板
[0024]2 —上層泡沫
[0025]3—印刷介質板
[0026]31-饋源輸入部分帶狀線
[0027]32-帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段
[0028]33-耦合帶狀線
[0029]34-偶極子輻射臂
[0030]4 —下層泡沫
[0031]5 —下層金屬地板
[0032]6—圍框
[0033]7 —螺釘
[0034]8 —接頭
【具體實施方式】
[0035]參見示出本實用新型實施例的附圖，下文將更詳細地描述本實用新型。然而，本實用新型可以以許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，並且使本【技術領域】的技術人員完全了解本實用新型的範圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。
[0036]現參考圖1-2，本實用新型提供了一種準空氣帶狀線陣列天線單元，包括從上至下依次為上層金屬地板1、上層泡沫2、印刷介質板3、下層泡沫4和下層金屬地板5，本實用新型採用帶狀線結構和泡沫材料使天線單元具有抗幹擾性強、重量輕、加工簡單等優點，且易於與饋電網絡實現一體化集成設計，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
[0037]在本實施例中，印刷介質板3選用相對介電常數小,厚度薄、損耗低的介質板,一般選用相對介電常數為I?3.5、厚度為0.2?0.5mm的介質板，具有重量輕，成本低，同時使介質板材料的引入不會對天線性能產生較大影響。印刷介質板3上印刷有電路，且可單面印刷電路或雙面對稱印刷電路，此處不作限制。具體的，電路示意圖如圖2所示，該電路由依次相連的饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段32、耦合帶狀線33和偶極子輻射臂34組成，饋源輸入部分帶狀線31連接饋源並接收饋源信號，通過帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段32實現對偶極子輻射臂34進行等幅反相饋電；帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段32等效成一個一分二等幅反相的功分器，將饋源輸入部分帶狀線31分為兩個耦合帶狀線33，且兩個耦合帶狀線上均連接有一個偶極子輻射臂34 ;其中，帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段32中兩帶狀線的長度相差半個本實用新型提供的準空氣帶狀線陣列天線單元的波長，實現了 180°的相位差，同時使偶極子輻射臂34與饋源輸入部分帶狀線31的阻抗間實現良好的阻抗匹配；兩個偶極子輻射臂3等效為一個對稱振子，其長度由準空氣帶狀線陣列天線單元的工作波長來決定，一般為半個工作波長，此處不作限制。另外，在本實施例中印刷介質板3上的電路可與饋電網絡進行集成設計，適合於大量批產工作。
[0038]在本實施例中，上層泡沫2和下層泡沫4選用介電常數為I?1.2、厚度為2?8mm的泡沫，且其損耗角正切不大於3Χ10Λ以便於加工。本實用新型，採用泡沫材料代替現有技術中雙層介質板壓合的實現方式，有效地減輕了天線的重量，其重量較小几乎相當於空氣，同時也對天線結構起到支撐作用，增加天線結構強度；當然，上層泡沫2和下層泡沫4也可採用其他方式來代替，例如通過設計立柱來支撐上下金屬地板，同樣起到減輕重量的效果，此處不作限制。
[0039]在本實施例中，上層金屬地板I和下層金屬地板5在印刷介質板3上的投影覆蓋饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段32和耦合帶狀線33，起到為饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段32和耦合帶狀線部分33提供上、下地板的作用；在本實施例中上層金屬地板I和下層金屬地板5呈T形，保證了饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段32和耦合帶狀線33在信號傳輸的過程中始終有地覆蓋，偶極子輻射臂34上無地覆蓋使得信號輻射出去。本實用新型中的上層金屬地板I和下層金屬地板5呈T形設計為T形結構，方便加工，對精度要求不敏感，易於與饋電網絡的金屬殼體進行一體化加工，且在裝配上，允許上、下金屬板間有偏差餘量；當然，上層金屬地板I和下層金屬地板5也可呈其他結構形式，其結構形式根據印刷介質板3上的電路的走勢來設置，此處不作限制。
[0040]在本實施例中，如圖1所示，上層金屬地板1、上層泡沫2、印刷介質板3、下層泡沫4和下層金屬地板5通過圍框6相連，圍框6位於上層泡沫2、印刷介質板3和下層泡沫4的一側並將其框住；上層金屬地板I和下層金屬地板5位於圍框的上下側，並配備螺釘7將上層金屬地板I和下層金屬地板5與圍框6相連，上層泡沫2、印刷介質板3和下層泡沫4夾在上層金屬地板I和下層金屬地板5之間從而被固定形成一整體天線單元。在本實施例中，圍框6的一側上還設置有一安裝孔，安裝孔上安裝有接頭8，接頭8 —端與印刷介質板3上的饋源輸入部分帶狀線31相連，接頭8另一端與饋源相連，將饋源信號傳輸給饋源輸入部分帶狀線31。其中，接頭8採用QMA接頭，也可採用其他型號的接頭，此處不作限制。
[0041]以下以本實用新型在具體尺寸下為例進行詳細說明:
[0042]本實施例具體尺寸如下:印刷介質板3採用TLY-5-0100-C1/C1-H材料，其相對介電常數為2.2，厚度為0.254mm ;上、下層泡沫採用R0HACELL71HF泡沫材料，其相對介電常數為1.06，厚度為2mm;饋源輸入部分帶狀線31的阻抗為50 Ω，對應線寬為5.5mm ;巴倫變化後的耦合帶狀線33的阻抗變為100 Ω，線寬為1.9mm ;偶極子輻射臂34的單臂臂長為14.4mm η
[0043]參考圖3為本實施例的仿真駐波曲線圖，其中橫坐標代表頻率變量，單位GHz ;縱坐標代表駐波值。如圖3所示，本實施例準空氣帶狀線陣列天線單元的工作頻帶是4.2?6.4GHz (駐波值<2)。
[0044]參考圖4為本實施例在5.3GHz中心工作頻點上的仿真方向圖，其中橫坐標代表角度，縱坐標代表天線增益。由圖4中可以看出，本實施例準空氣帶狀線陣列天線單元，方向圖的3dB波束寬度為2 ΘΕΧ2 ΘΗ=70° X 180°，具有較寬的波束寬度，為陣列天線進行寬角波束掃描提供了必要地前提條件。
[0045]綜上所述，本實用新型提供了一種準空氣帶狀線陣列天線單元，由上層T形金屬地板，上層泡沫、印刷介質板、下層泡沫、下層T形金屬地板構成，並採用圍框和螺釘相配合對天線各部分進行固定。其中印刷介質板上蝕刻由饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂，通過帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段對偶極子輻射臂進行等幅反相饋電。本實用新型提供的準空氣帶狀線陣列天線單元的阻抗帶寬達到了 40% (駐波值< 2)，方向圖中3dB波束寬度為70° X180°，具有較寬的阻抗帶寬和波束寬度。本實用新型天線具有重量輕、抗幹擾性強，且適於與帶狀線饋電網絡進行一體化設計加工，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
[0046]本【技術領域】的技術人員應理解，本實用新型可以以許多其他具體形式實現而不脫離本實用新型的精神或範圍。儘管已描述了本實用新型的實施例，應理解本實用新型不應限制為這些實施例，本【技術領域】的技術人員可如所附權利要求書界定的本實用新型精神和範圍之內作出變化和修改。
【權利要求】
1.一種準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述準空氣帶狀線陣列天線單元包括從上至下依次為上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質板、下層泡沫和下層金屬地板，其中所述印刷介質板上印刷有電路，且所述電路連接饋源信號。
2.根據權利要求1所述的準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述印刷介質板上單面或雙面對稱印刷有電路。
3.根據權利要求1所述的準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述電路由依次相連的饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂組成，其中所述饋源輸入部分帶狀線連接饋源信號；所述饋源輸入部分帶狀線經過所述帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段，再通過所述耦合帶狀線對偶極子輻射臂進行饋電，且所述帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段使兩耦合帶狀線的長度相差半個所述準空氣帶狀線陣列天線單元的工作波長。
4.根據權利要求3所述的準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述金屬地板呈T形，且所述金屬地板在所述印刷介質板上的投影覆蓋所述饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉耦合帶狀線巴倫變換段和耦合帶狀線。
5.根據權利要求1或4所述的準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質板、下層泡沫和下層金屬地板通過圍框並配備螺釘進行固定。
6.根據權利要求5所述的準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述圍框與所述電路連接饋源信號的位置相對應處設置有一安裝孔，所述安裝孔上設置有一接頭，所述電路通過所述接頭接收饋源信號。
7.根據權利要求1所述的準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述印刷介質板的介電常數為I?3.5，厚度為0.2?0.5mm。
8.根據權利要求1所述的準空氣帶狀線陣列天線單元，其特徵在於，所述上層泡沫和下層泡沫的介電常數為I?1.2，厚度為2?8mm，損耗角正切小於等於3X 10_4。
【文檔編號】H01Q1/38GK203760654SQ201420135680
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】李麗嫻, 林鑫, 胡俊毅, 崔吉, 湯杭飛, 尤祖光 申請人:上海航天電子通訊設備研究所