基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線的制作方法

本發明屬于共形微帶天線技術領域，特別是一種基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線。

背景技術：

共形天線是天線與載體集成在一起的一類天線。對微帶天線而言，其低剖面的特性使得它易于和各種曲面共形。結合共形天線和微帶天線的一系列優點，微帶共形天線成為目前天線技術的研究熱點之一，并在火箭和導彈上得到廣泛應用，對雷達、通信、電子戰等相關領域產生了較為深遠的影響。

實現微帶天線小型化，主要是通過采用特殊介質基板、加載短路探針、曲流技術、有源加載、分形技術、采用特殊形狀例等方法。這些小型化的技術雖能顯著縮減微帶天線的尺寸，但同時也對微帶天線的其他性能帶來了負面的影響。如天線的性能對探針的位置依賴性極高，所以對天線加工工藝及技術提出了苛刻的要求等。這些小型化方法多應用于平面微帶天線，現代電子戰、雷達等相關領域要求天線能夠應用于載體的表面，可以盡量節省空間，并降低對載體本身的空氣動力學性能影響，同時要求天線具有一定的波束指向角。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線，結構簡單，易于共形，體積較小，可實現天線波束偏轉。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線，包括金屬圓柱體1和縱向彎曲共形在所述金屬圓柱體1一側的矩形介質基板2，所述介質基板2下表面滿貼金屬接地層3，所述介質基板2上表面沿縱向均布有多個金屬輻射單元4，相鄰輻射單元4之間以微帶傳輸線6相連；在所述介質基板2的一個窄邊上設有饋電端口7，所述饋電端口7通過依次串聯的微帶線9、微帶匹配線10、阻抗線11與最近的輻射單元4相連。

優選地，所述每個金屬輻射單元4上蝕刻有矩陣排列的多個工字型諧振環5，所述矩陣排列的多個工字型諧振環5形成人工電磁結構。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：

1、本發明的基于人工電磁結構的圓柱共形陣列天線，在金屬輻射單元上蝕刻工字型諧振環的人工電磁結構，增長天線電流的等效長度，大大降低天線的整體尺寸，實現天線的小型化。

2、本發明的圓柱共形微帶陣列天線采用微帶線串聯饋電方式，結構簡單，且微帶線串聯饋電陣列天線實現天線的波束偏轉。

3、本發明的圓柱共形微帶陣列天線選取厚度為0.254mm，介電常數為2.2的rogers5880柔性板材，易于共形。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明中基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線示意圖。

圖2為圖1中金屬輻射單元的結構示意圖。

圖3為圖2中工字諧振環的結構示意圖。

圖4是實施例的s11曲線。

圖5是實施例的e面輻射方向圖。

圖中，1金屬圓柱體，2矩形介質基板，3金屬接地層，4金屬輻射單元，5工字型諧振環，6微帶傳輸線，7饋電端口，9微帶線，10微帶匹配線，11阻抗線，12諧振環上、下臂，13諧振環立柱。

具體實施方式

如圖1所示，本發明基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線，包括金屬圓柱體1和縱向彎曲共形在所述金屬圓柱體1一側的矩形介質基板2，所述介質基板2下表面滿貼金屬接地層3，所述介質基板2上表面沿縱向均布有多個金屬輻射單元4，相鄰輻射單元4之間以微帶傳輸線6相連；在所述介質基板2的一個窄邊上設有饋電端口7，所述饋電端口7通過依次串聯的微帶線9、微帶匹配線10、阻抗線11與最近的輻射單元4相連。

優選地，串聯的輻射單元4個數為8個。根據金屬圓柱體1長度，輻射單元4個數可以在一定范圍調整。

如圖2所示，所述每個金屬輻射單元4上蝕刻有矩陣排列的多個工字型諧振環5，所述矩陣排列的多個工字型諧振環5形成人工電磁結構。

優選地，所述每個金屬輻射單元4上蝕刻15個工字型諧振環5，所述15個工字型諧振環5沿圓柱體1縱向3個、橫向5個成矩陣排列。

如圖3所示，所述工字型諧振環5的上、下臂寬與高度相等。

優選地，所述相鄰工字型諧振環5之間的橫向間距與縱向間距相等。

所述微帶線9為50ω微帶線，微帶匹配線10為70.7ω微帶匹配線，阻抗線11為100ω阻抗線。

所述介質基板厚度為0.254mm，介電常數為2.2的rogers5880。

本發明利用微帶天線上蝕刻人工電磁結構減小天線尺寸，并采用微帶線串聯饋電的方式來實現天線波束偏轉，并利用易于共形的柔性較好的介質基板，從而完成基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線的設計。

下面結合具體實例對本發明作進一步詳細描述。

實施例1：

基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線結構如圖1、2所示，有關尺寸規格如表1所示，所采用的介質基板為厚度為0.254mm、介電常數為2.2的rogers5880板材，共形體為直徑50mm的金屬圓柱體。結合圖3，金屬輻射單元上蝕刻的工字諧振環的尺寸如下：諧振環邊長a＝2.2mm，縱向微帶線的寬度w1＝0.5mm以及橫向微帶線寬度w2＝0.2mm。

表1天線參數表

本實例基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線是在電磁仿真軟件hfss.13建模仿真得出，圖4是本實例中的反射系數仿真圖，從圖4中可以看出，共形天線的中心頻率為5.8ghz，回波損耗為-20.7db，反射系數良好。

圖5是本實例中的e面輻射方向圖，從圖5中可以看出，天線的最大輻射方向發生偏轉，天線最大增益為10.35db，天線最大增益波束方向與共形體軸線的夾角為13°，共形天線整體尺寸較傳統微帶串饋陣列天線減小了36.1％。

綜上所述，本發明基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線，利用微帶線串聯饋電的特性，調節金屬輻射單元間距實現天線最大增益波束方向與共形載體軸線的偏轉。利用人工電磁結構的特性，在陣列天線輻射單元上蝕刻工字型諧振環，顯著增強天線的小型化。從而最終形成一個基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線，結構簡單、尺寸小、波束可偏轉、易于共形的微帶共形陣列天線，非常適用于現代無線通信系統。

技術特征：

技術總結
本發明公開一種基于人工電磁結構的圓柱共形微帶陣列天線，包括金屬圓柱體(1)和縱向彎曲共形在所述金屬圓柱體(1)一側的矩形介質基板(2)，所述介質基板(2)下表面滿貼金屬接地層(3)，所述介質基板(2)上表面沿縱向均布有多個金屬輻射單元(4)，相鄰輻射單元(4)之間以微帶傳輸線(6)相連；在所述介質基板(2)的一個窄邊上設有饋電端口(7)，所述饋電端口(7)通過依次串聯的微帶線(9)、微帶匹配線(10)、阻抗線(11)與最近的輻射單元(8)相連。本發明的圓柱共形微帶陣列天線，結構簡單，易于共形，體積較小，可實現天線波束偏轉。

技術研發人員：劉景萍;王倩;王伶俐
受保護的技術使用者：南京理工大學
技術研發日：2017.06.13
技術公布日：2017.10.20