寬帶緊湊型微帶陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開了寬帶緊湊型微帶陣列天線，其介質基板上具有偶數行和偶數列微帶貼片，在介質基板的x軸方向設置有兩條通過饋電結構連接在一起的x向串聯饋電網絡，兩條x向串聯饋電網絡將偶數列微帶貼片均分成兩部分；每排左側部分的微帶貼片和每排右側的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯饋電網絡連接組成一個子陣；每排左側子陣的微帶貼片和組成每排右側子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯饋電網絡進行饋電，且每排左側的子陣與每排右側的子陣并聯，上下二分之一天線陣列的沿x向相鄰的兩個子針之間串聯；沿x軸方向，介質基板的上半部分微帶貼片構成的陣列和介質基板的下半部分微帶貼片構成的陣列通過饋電結構并聯在一起。
【專利說明】
寬帶緊湊型微帶陣列天線
技術領域
[0001]本發明涉及微帶陣列天線技術領域，具體涉及一種寬帶緊湊型微帶陣列天線。
【背景技術】
[0002]隨著現代通訊系統的飛速發展，通信設備的體積不斷減小，通信頻帶不斷向寬頻帶、高頻段發展，對通信設備提出了越來越高的要求，推動了作為通信系統中的關鍵部件天線的小型化和寬帶化的發展。
[0003]微帶天線因具有體積小、重量輕、剖面低、饋電方式靈活、成本低、易與飛行器共形等優點而深受人們的青睞，但傳統微帶天線阻抗帶寬較窄，一般的微帶天線的帶寬僅有5%左右。傳統的微帶天線的窄頻帶特性成了限制其廣泛應用的主要障礙，因此展寬微帶天線的帶寬具有十分重要的意義。近年來，隨著微帶天線的應用越來越廣，展寬微帶貼片天線帶寬的方法主要集中在以下幾種情況:①采用厚介質基板;②采用低介電常數的基板;③采用多層結構;④采用特殊饋電方式和特殊形狀的貼片天線。然而這些方法都具有一定的不足，如采用厚基板成本較高，采用低介電常數的基板天線尺寸較大，不利于小型化，采用多層結構設計復雜，裝配成本過高，采用特殊形狀的貼片天線導致輻射方向圖的畸形，以及極化不純的問題。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的上述不足，本發明提供的寬帶緊湊型微帶陣列天線采用單層結構實現了寬帶阻抗帶寬，且最大輻射的方向不會隨頻率變化而發生偏移。
[0005]為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為:
提供一種寬帶緊湊型微帶陣列天線，其包括一塊介質基板、設置在介質基板上表面的微帶貼片和設置在介質基板下表面的金屬地板;微帶貼片在介質基板上成偶數行和偶數列的陣列排布，在介質基板的X軸方向設置有兩條通過饋電結構連接在一起的X向串聯饋電網絡，連接在一起的兩條X向串聯饋電網絡將偶數列微帶貼片均分成兩部分；
每排左側部分的微帶貼片和每排右側的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯饋電網絡連接組成一個子陣;每排左側子陣的微帶貼片和組成每排右側子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯饋電網絡進行饋電，且每排左側的子陣與每排右側的子陣并聯，上下二分之一天線陣列的沿X向相鄰的兩個子針之間串聯;沿X軸方向，介質基板的上半部分微帶貼片構成的陣列和介質基板的下半部分微帶貼片構成的陣列通過饋電結構并聯在一起。
[0006]本發明的有益效果為:通過將介質基板上的微帶貼片設置成偶數行和偶數列的陣列排布，這樣微帶貼片利用X軸和y軸兩個方向的功分饋電網絡先串聯再進行并聯的混合方式進行饋電，通過對每一行的饋電網絡進行阻抗匹配和優化，使天線最大輻射的方向不會隨頻率變化而發生偏移，從而使天線的阻抗帶寬覆蓋范圍從現有的5%上升至15%。
【附圖說明】
[0007]圖1為寬帶緊湊型微帶陣列天線一個實施例的結構示意圖。
[0008]圖2為寬帶緊湊型微帶陣列天線另一個實施例的結構示意圖。
[0009]圖3為圖1和圖2中A部的放大圖。
[0010]圖4寬帶緊湊型微帶陣列天線在X波段的寬帶緊湊型微帶陣列天線測試的S參數圖。
[0011 ]圖5為寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的垂直面(Υ0Ζ面)方向圖。
[0012]圖6為寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的水平面(Χ0Ζ面)方向圖。
[0013]其中，1、微帶貼片；2、介質基板；3、子陣;4、y向串聯饋電網絡；5、x向串聯饋電網絡;6、微帶線；7、饋電結構；8、一分三功分器;9、金屬地板；10、一分二功分器；11、T型功分器;12、匹配縫隙。
【具體實施方式】
[0014]下面對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
[0015]如圖1和圖2所示，該寬帶緊湊型微帶陣列天線包括一塊介質基板2、設置在介質基板2上表面的微帶貼片I和設置在介質基板2下表面的金屬地板9;介質基板2為一塊介電常數為2.2的TLY-5高分子介質基板2，其厚度為1.143mm，介質基板2為矩形且為單層板體。
[0016]微帶貼片I在介質基板2上成偶數行和偶數列的陣列排布，在介質基板2的X軸方向設置有兩條通過饋電結構7連接在一起的X向串聯饋電網絡5，連接在一起的兩條X向串聯饋電網絡5將偶數列微帶貼片I均分成兩部分;每排左側部分的微帶貼片I和每排右側的微帶貼片I均與其鄰近的y向串聯饋電網絡4連接組成一個子陣3。
[0017]每排左側子陣3的微帶貼片I和組成每排右側子陣3的微帶貼片I分別通過連接一條y向串聯饋電網絡4進行饋電，且每排左側的子陣3與每排右側的子陣3并聯，X向二分之一陣列的X向相鄰的子陣3之間串聯;沿X軸方向，介質基板2的上半部分微帶貼片I構成的陣列和介質基板2的下半部分微帶貼片I構成的陣列通過饋電結構7并聯在一起。
[0018]通過將介質基板2上的微帶貼片I設置成偶數行和偶數列的陣列排布，這樣微帶貼片I利用X軸和y軸兩個方向的功分饋電網絡先串聯再進行并聯的混合方式進行饋電，通過對每一行的饋電網絡進行阻抗匹配和優化，使天線最大輻射的方向不會隨頻率變化而發生偏移，從而使天線的阻抗帶寬覆蓋范圍從現有的5%上升至15%。
[0019]再次參考圖1和圖2，x向串聯饋電網絡5包括一個T型功分器11和至少一個一分三功分器8;—分三功分器8的個數與二分之一微帶貼片I行數的個數少一個;T型功分器11與位于介質基板2邊緣的兩條y向串聯饋電網絡4連接，每個一分三功分器8與其鄰近的兩條y向串聯饋電網絡4連接;T型功分器11與至少一個一分三功分器8依次連接。y向串聯饋電網絡4包括至少一個一分二功分器10，相鄰的一分二功分器1和每個功分器與相鄰的微帶貼片I均通過微帶線6連接。這樣每一級饋網結構的功分器均可以進行優化設計，饋電網絡的微帶線寬度呈現階梯變化，實現整個饋電網絡的寬帶阻抗匹配，且能保持饋電網絡的對稱性，保證最大輻射方向不隨頻率變化。
[0020]當微帶線6為直線時，天線要實現相同的阻抗帶寬覆蓋范圍，就需要將天線的整體尺寸做得更大，而尺寸較大會致使使用該天線的通信設備的體積也相應的增大，為了實現通信設備和天線的小型化，保證天線結構更緊湊，本方案優選X向串聯饋電網絡5的微帶線6和y向串聯饋電網絡4的微帶線6均設置呈蜿蜒形，這樣在相同空間內，微帶線6的長度更長。
[0021]如圖3所示，y向串聯饋電網絡4和與其連接的微帶貼片I采用邊緣中心饋電；每個微帶貼片I在與其連接的y向串聯饋電網絡4的兩側開設有匹配間隙12;采用這樣的饋電方式后，天線的交叉極化更好，進一步實現確保了阻抗匹配與帶寬的提高。
[0022]如圖2所示，饋電結構7包括與兩條X向串聯饋電網絡5連接的一分二功分器10和一條一端與連接X向串聯饋電網絡5連接的一分二功分器10連接，另一端與金屬地板9連接的微帶線6。如圖3所示，饋電結構7為一個一端與兩條X向串聯饋電網絡5連接，另一端與外部的同軸轉接器連接的SAM接頭。
[0023]微帶貼片I為矩形結構，所有微帶貼片I的大小相同，排列均朝向X軸方向，實現了X軸方向的線極化。使用時，本方案優選采用微帶貼片I在介質基板2上呈6 X 8的陣列排布。
[0024]采用微帶貼片I在介質基板2上呈6X8的陣列排布的結構后，微帶陣列天線的整體尺寸(WXL)為149.75mm X 122.5mm，微帶天線上每行微帶貼片I在x軸方向間距為18mm，每列微帶貼片I在y軸方向間距為19mm;所有微帶貼片I排列均朝向X軸方向，采用邊緣中心饋電，實現X向線極化，兩個相鄰的微帶貼片I采用同相饋電激勵，為了控制陣列大小尺寸和調節饋電相位，相鄰單元間的串聯饋電網絡的微帶線6采用蜿蜒線設計。
[0025]y向串聯饋電網絡4和X向串聯饋電網絡5的功分幅度設計均實現中心到兩邊的幅度從大到小的銷錐分布，以利于減小副瓣電平。Y軸方向中間的微帶貼片I間距稍大，主要為了減小微帶貼片I和中間饋網走線的耦合。微帶貼片I與饋電微帶線6之間開兩個匹配間隙12，可以實現寬帶匹配。
[0026]參考圖4，圖4示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在X波段的寬帶緊湊型微帶陣列天線測試的S參數圖。通過測試結果可以看出，微帶陣列天線的Sll在9.43GHz到11.03GHz的范圍內均在-1OdB以下，因此微帶陣列天線的-1OdB相對阻抗帶寬為15.6%，該天線使用單層結構，利用饋電網絡的優化設計實現了帶寬。
[0027]如圖5所示，其示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的垂直面(Υ0Ζ面)方向圖。微帶陣列天線在該面的最大輻射方向指向法向，方向圖完全對稱，副瓣電平為-
13.3dB，副瓣電平低于_12dB，滿足工程上的應用。
[0028]如圖6所示，其示出了寬帶緊湊型微帶陣列天線在10.525GHz測試的水平面(Χ0Ζ面)方向圖。微帶陣列天線在該面最大輻射方向指向法向，方向圖基本對稱，副瓣電平為-14.5dB，副瓣電平低于-12dB，滿足工程上的應用。
[0029]本發明實現寬帶阻抗帶寬的原理是，利用x，y兩個方向的功分饋電網絡先串聯再進行并聯的混合方式進行饋電，饋網在x，y兩個方向對稱設計，并通過對每一級的饋電網絡進行阻抗匹配和優化設計，天線可以覆蓋15%左右的阻抗帶寬，從而實現帶寬。
[0030]綜上所述，該微帶陣列天線的方向圖的指向不隨頻率的變化發生變化，且其還具有結構緊湊，加工裝配簡單，可以用單層結構實現寬帶阻抗帶寬。
【主權項】
1.寬帶緊湊型微帶陣列天線，包括一塊介質基板、設置在所述介質基板上表面的微帶貼片和設置在所述介質基板下表面的金屬地板;其特征在于:所述微帶貼片在所述介質基板上成偶數行和偶數列的陣列排布，在所述介質基板的X軸方向設置有兩條通過饋電結構連接在一起的X向串聯饋電網絡，連接在一起的兩條X向串聯饋電網絡將偶數列微帶貼片均分成兩部分； 每排左側部分的微帶貼片和每排右側的微帶貼片均與其鄰近的y向串聯饋電網絡連接組成一個子陣;每排左側子陣的微帶貼片和組成每排右側子陣的微帶貼片分別通過連接一條y向串聯饋電網絡進行饋電，且每排左側的子陣與每排右側的子陣并聯，上下二分之一天線陣列的沿X向相鄰的兩個子針之間串聯;沿X軸方向，介質基板的上半部分微帶貼片構成的陣列和介質基板的下半部分微帶貼片構成的陣列通過饋電結構并聯在一起。2.根據權利要求1所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述X向串聯饋電網絡包括一個T型功分器和至少一個一分三功分器;所述一分三功分器的個數比二分之一微帶貼片行數的個數少一個;所述T型功分器與位于介質基板邊緣的兩條y向串聯饋電網絡連接，每個一分三功分器與其鄰近的兩條y向串聯饋電網絡連接;所述T型功分器與至少一個一分三功分器依次連接。3.根據權利要求2所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯饋電網絡包括至少一個一分二功分器，相鄰的一分二功分器和每個功分器與相鄰的微帶貼片均通過微帶線連接。4.根據權利要求3所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯饋電網絡的微帶線和所述X向串聯饋電網絡的微帶線均設置呈蜿蜒形。5.根據權利要求1-4任一所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述y向串聯饋電網絡和與其連接的微帶貼片采用邊緣中心饋電。6.根據權利要求5所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:每個微帶貼片在與其連接的y向串聯饋電網絡的兩側開設有匹配間隙。7.根據權利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電結構包括與兩條X向串聯饋電網絡連接的一分二功分器和一條一端與連接X向串聯饋電網絡連接的一分二功分器連接，另一端與金屬地板連接的微帶線。8.根據權利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述饋電結構為一個一端與兩條X向串聯饋電網絡連接，另一端與外部的同軸轉接器連接的SAM接頭。9.根據權利要求1、2、3、4或6所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶貼片在所述介質基板上呈6X8的陣列排布。10.根據權利要求9所述的寬帶緊湊型微帶陣列天線，其特征在于:所述微帶貼片為矩形結構。
【文檔編號】H01Q21/06GK105870612SQ201610199753
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】邵振海, 李鵬凱, 宋鴻
【申請人】國鷹航空科技有限公司