一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，所述天線由第一介質基板、金屬支撐框架、第二介質基板和第三介質基板構成。第一介質基板上下表面均有寄生金屬貼片，上表面貼片尺寸比下表面貼片尺寸大且兩者通過4個金屬化通孔連接；第二介質基板上表面有饋電貼片；第三介質基板包括4條帶狀線、90°電橋、2個饋電探針和2個射頻同軸連接器。本實用新型采用90°電橋與雙饋點技術實現雙圓極化，綜合采用疊層結構和通過金屬化通孔相連的雙寄生貼片結構展寬微帶天線帶寬，使天線帶寬達到19.4％，且頻帶范圍內圓極化軸比小于1.3dB；具有小型化低剖面特性，體積為0.45λ0×0.45λ0×0.075λ0。
【專利說明】
一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線
技術領域
[0001]本實用新型涉及通信和導航領域的天線技術，具體為一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線。本實用新型適合作為相控陣天線的陣元，因此適用于車載、機載等低剖面衛星移動通信中對帶寬和圓極化性能要求比較高的場合。
【背景技術】
[0002]微帶天線具有低剖面、重量輕和低成本等優點，但其固有的窄頻帶特性(一般相對帶寬小于5%)限制了它的應用范圍。人們采用了很多技術來展寬微帶天線帶寬，如采用非規則金屬貼片、疊層結構等措施。但是采用非規則金屬貼片難以設計，并且往往會影響天線的極化性能;采用疊層結構設計簡單，容易保證天線極化性能，但高度不好控制。另外，為了實現圓極化，可采用單饋點加微擾貼片結構，此種方式圓極化軸比帶寬較窄;還可采用多饋點技術實現圓極化，通過合理設計饋電網絡能夠實現較寬的圓極化軸比帶寬。
[0003]經專利檢索，與本實用新型密切相關的有關專利具體如下:專利號:CN200810114878.2，圓極化寬頻帶電容補償探針饋電疊層微帶天線陣，通過疊層結構和電容補償探針技術實現了大于20%的駐波帶寬，但只實現了單圓極化；專利號:CN201010521963.8，一種單饋寬帶圓極化疊層微帶天線及其饋電裝置，通過疊層結構實現了 15.6 %的3dB軸比帶寬，并且天線高度>0.14λ0 ；專利號:CN201310444387.5，UHF頻段雙頻圓極化低剖面空氣微帶天線，能夠實現雙頻段工作，不具備寬頻帶特性；專利號:CN201420045812.3，高寬帶雙極化微帶天線，天線工作頻帶為5150?5850MHz，不到13%，且為線極化;專利號:CN201420167391.1，一種寬帶雙圓極化微帶天線，能夠實現雙圓極化工作，駐波帶寬達到56.5 %但頻帶內圓極化軸比已經達到6dB ；專利號:CN201420206459.2，寬帶寬角掃描的雙圓極化微帶天線，其3dB帶寬大于40%，頻帶內軸比小于3dB，但天線高度已經達到0.42λ0，遠遠不能滿足低剖面的要求。
[0004]綜上所述，采用一些技術措施展寬微帶天線的工作帶寬在工程上是容易實現的，但是往往會帶來天線的圓極化特性變差、天線高度增加等問題。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于避免上述【背景技術】中的不足之處，提供一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，本實用新型實現了寬頻帶和良好的雙圓極化特性，并且擁有小型化、低剖面的特點，具有很高的工程應用前景。
[0006]本實用新型技術解決方案為:一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，包括從上到下依次固定連接的第一介質基板3、金屬支撐框架7、第二介質基板8和第三介質基板10;第一介質基板3的上表面腐蝕形成有中心有孔的上寄生金屬貼片4，其下表面腐蝕形成有下寄生金屬貼片5，上寄生金屬貼片4的尺寸大于下寄生金屬貼片5的尺寸且通過4個金屬化通孔6連接;4個金屬化通孔6關于第一介質基板3的中心對稱;第二介質基板8的上表面腐蝕形成有饋電貼片9;第三介質基板10上設置有4條帶狀線11、90°電橋12、2個饋電探針13和2個射頻同軸連接器2，90°電橋12的輸入端和隔離端分別通過2條帶狀線11與2個射頻同軸連接器2—一對應相連接，其直通端和耦合端分別通過2條帶狀線11與2個饋電探針13—一對應相連接;饋電貼片9通過2個金屬化通孔與2個饋電探針13—一對應相連接。
[0007]其中，所述的上寄生金屬貼片4、下寄生金屬貼片5和饋電貼片9均為圓形或者正方形。
[0008]其中，第一介質基板3的下寄生金屬貼片5的中心位置開有十字縫。
[0009]其中，所述的90°電橋12為90°電橋芯片或者90°電橋帶狀線網絡。
[0010]其中，90°電橋12為90°電橋芯片時，第二介質基板8的中心位置開孔，該孔用于容納90°電橋芯片;90°電橋芯片的周圍開設有多個金屬化通孔。
[0011]其中，所述的饋電探針和射頻同軸連接器周圍均開設有多個金屬化通孔。
[0012]其中，所述的小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線的體積為0.45λ0X 0.45λ0 X0.075λ0，其中，λο為中心頻率電磁波在自由空間傳播的波長。
[0013]其中，所述的第二介質基板8的介電常數比第一介質基板3的介電常數大。
[0014]其中，所述的兩個饋電探針13的中心位置與饋電貼片9中心的連線成90°角。
[0015]本實用新型與現有技術相比具有如下優點:
[0016]1、本實用新型采用饋電貼片和雙層寄生貼片，產生多個諧振頻率，經過合理設計各層貼片的尺寸和間距，使多個諧振頻段連為一體，展寬微帶天線的工作頻帶。
[0017]2、本實用新型的雙層寄生貼片通過四個金屬化通孔連接，上層貼片比下層貼片略大，經驗證，相比相互獨立的兩層寄生貼片結構，此結構可極大地展寬工作頻帶。
[0018]3、本實用新型的第一介質基板和第二介質基板的介電常數較低，兩者之間再利用金屬框架構造空氣介質，進一步降低了整個微帶天線的等效介電常數，從而降低品質因數，有助展寬天線的工作頻帶。
[0019]4、本實用新型綜合采用疊層結構和通過金屬化通孔連接的雙寄生貼片結構，使得本實用新型具有寬頻帶特性，ActiveVSWR<2的相對帶寬達到19.4%。
[0020]5、本實用新型采用性能優良的90°電橋芯片和雙饋點饋電技術，使得天線內部兩個饋電探針處信號在寬頻帶范圍內保持正交，寬頻帶范圍內圓極化性能良好，軸比小于1.3dB0
[0021]6、本實用新型合理設計兩個介質基板與中間空氣層的厚度，使得本實用新型具有小型化低剖面的特點，體積僅為0.45λ0 X 0.45λ0 X 0.075λ0，尤其適合作為相控陣天線的陣元，應用于移動通信和導航等領域中。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型的側上方三維結構圖。
[0023]圖2是本實用新型的分層結構圖。
[0024]圖3是本實用新型的第一介質基板的側上方視圖。
[0025]圖4是本實用新型的第一介質基板的側下方視圖。
[0026]圖5是本實用新型的第三介質基板的三維視圖。
[0027]圖6是本實用新型的有源駐波比帶寬圖。
[0028]圖7是本實用新型的頻帶內軸比圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明。
[0030]—種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，如圖1所示，為一種層式結構。小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線I從上到下依次設置有:第一介質基板3、金屬支撐框架
7、第二介質基板8和第三介質基板10，如圖2所示;第一介質基板3由上敷銅層、中間介質和下敷銅層組成；第二介質基板8由上表面敷銅層和介質板組成；第三介質基板10由上敷銅層、中間帶狀線、下敷銅層和兩層介質組成，上敷銅層與中間帶狀線、下敷銅層與中間帶狀線之間均設置有介質。
[0031]如圖3、圖4所示，第一介質基板3的上下兩表面分別設置有上寄生金屬貼片4和下寄生金屬貼片5，均采用圓形結構，上寄生金屬貼片4的尺寸略大于下寄生金屬貼片5的尺寸且通過四個金屬化通孔6連接，4個金屬化通孔6關于第一介質基板3的中心對稱；上寄生金屬貼片4中心開孔，下寄生金屬貼片5中心開十字縫，孔的尺寸與十字縫的尺寸相當。本實例中，第一介質基板的介電常數為2.2，厚度為1.5_，上寄生金屬貼片4半徑為26.5mm，下寄生金屬貼片5半徑為25.5mm。
[0032]第二介質基板8上表面設置有圓形饋電貼片9，第二介質基板8與圓形饋電貼片9的中心開有相同大小的孔，用于放入90°電橋芯片12。第二介質基板8的介電常數比第一介質基板3的介電常數大，在本例中，第二介質基板介電常數為3.5，厚度為2.5mm，圓形饋電貼片9的半徑為20.5mm。
[0033]第三介質基板10用于實現在兩個饋電探針13處信號的±90°相位差，再經饋電貼片9、上寄生金屬貼片4和下寄生金屬貼片5形成圓極化信號，并將圓極化信號輻射出去。如圖5所示，第三介質基板10上設置有4條帶狀線11、90°電橋芯片12、2個饋電探針13和2個射頻同軸連接器2 (本實用新型采用SMP接頭，且一個SMP接口為左旋圓極化口，另一個為右旋圓極化口)。2個饋電探針13與90°電橋芯片12之間的兩條帶狀線形狀相同，2個射頻同軸連接器2與90°電橋芯片12之間的帶狀線長度可以不同。90°電橋芯片12、射頻同軸連接器2、帶狀線11和饋電探針13的周圍均打有多個金屬化通孔6，使上下兩金屬表面電位相等，大大改善微帶天線的駐波性能。
[0034]90°電橋芯片12放入第二介質基板8的中心孔內，90°電橋芯片12的輸入端和隔離端分別通過2條帶狀線11與2個射頻同軸連接器2相連接，其直通端和耦合端分別通過2條帶狀線11與2個饋電探針13相連接。本例中，第三介質基板1的厚度為1.0mm。
[0035]金屬支撐框架7四角打有通孔，位于第一介質基板3和第二介質基板8之間，作為兩者的連接和支撐件，這種疊層結構可以降低微帶天線的等效介電常數，從而展寬天線帶寬。金屬支撐框架7厚度為5.5mm。
[0036]第一介質基板3、金屬支撐框架7、第二介質基板8和第三介質基板10四部分通過四個螺釘連接。
[0037]另外，第一介質基板3和第二介質基板8四邊均打密集金屬化通孔6，當本實用新型作為相控陣天線陣元時，此項措施可以在陣元之間起到隔離作用，從而減小陣元互耦。
[0038]如圖6、圖7所示，本實例的有源駐波比(Active VSWR)帶寬范圍為1.948GHz?2.365GHz，相對帶寬為19.4%，在帶寬內軸比〈1.3dB。本實例天線體積為0.45λο X0.45λ0 X0.075λο，λο為中心頻率電磁波在自由空間傳播的波長。
[0039]本實用新型的工作原理為:
[0040]接收信號時:圓極化信號經過雙層寄生金屬貼片和饋電貼片接收后，信號通過兩個饋電探針輸入到90°電橋芯片，再經90°電橋芯片合成I路信號從微帶天線對應的I個射頻同軸連接器輸出到后端信號處理設備；
[0041]發射信號時:通過射頻同軸連接器向微帶天線輸入信號，信號經過90°電橋芯片分為兩路幅度相等、相位正交的信號，分別經兩個饋電探針給饋電貼片強制饋電，對兩層寄生金屬貼片耦合饋電，從而形成圓極化信號從天線表面發射出去。
【主權項】
1.一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:包括從上到下依次固定連接的第一介質基板(3)、金屬支撐框架(7)、第二介質基板(8)和第三介質基板(10);第一介質基板(3)的上表面腐蝕形成有中心有孔的上寄生金屬貼片(4)，其下表面腐蝕形成有下寄生金屬貼片(5)，上寄生金屬貼片(4)的尺寸大于下寄生金屬貼片(5)的尺寸且通過4個金屬化通孔(6)連接;4個金屬化通孔(6)關于第一介質基板(3)的中心對稱;第二介質基板(8)的上表面腐蝕形成有饋電貼片(9);第三介質基板(10)上設置有4條帶狀線(11)、90°電橋(12)、2個饋電探針(13)和2個射頻同軸連接器(2)，90°電橋(12)的輸入端和隔離端分別通過2條帶狀線(11)與2個射頻同軸連接器(2)—一對應相連接，其直通端和耦合端分別通過2條帶狀線(11)與2個饋電探針(13)—一對應相連接;饋電貼片(9)通過2個金屬化通孔與2個饋電探針(13) —一對應相連接。2.根據權利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的上寄生金屬貼片(4)、下寄生金屬貼片(5)和饋電貼片(9)均為圓形或者正方形。3.根據權利要求1或2所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:第一介質基板(3)的下寄生金屬貼片(5)的中心位置開有十字縫。4.根據權利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的90°電橋(12)為90°電橋芯片或者90°電橋帶狀線網絡。5.根據權利要求4所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:90°電橋(12)為90°電橋芯片時，第二介質基板(8)的中心位置開孔，該孔用于容納90°電橋芯片;90°電橋芯片的周圍開設有多個金屬化通孔。6.根據權利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的饋電探針和射頻同軸連接器周圍均開設有多個金屬化通孔。7.根據權利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線的體積為0.45λ0 X0.45λ0 X0.075λο，其中，λ0為中心頻率電磁波在自由空間傳播的波長。8.根據權利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的第二介質基板(8)的介電常數比第一介質基板(3)的介電常數大。9.根據權利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的兩個饋電探針(13)的中心位置與饋電貼片(9)中心的連線成90°角。
【文檔編號】H01Q1/38GK205621858SQ201620477655
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】張宙, 韓國棟, 王煥菊, 何應然, 張領飛, 肖松, 武偉, 賈丹, 盧煒, 丁寧, 陳斌
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所