CN101192713B - 一种微带阵列天线 - Google Patents
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Abstract
一种微带阵列天线，其构造从上至下依次为天线元阵列(1)、隔离层(2)和天线元阵列的反射背板，其特征在于：所述天线元阵列的反射背板由基板(3)和印刷在基板(3)上表面的金属花样图案(4)构成，金属花样图案(4)以平面螺旋金属线为单元(5)，按行和列排列成矩阵阵列，其中，各单元的螺旋金属线相互间电连接。本发明以基板上表面印刷金属花样图案的高阻抗表面取代常规的全金属电导面作为天线阵的反射背板，一方面可使反射背板与缝隙阵面的间距降到λ/10以下，从而大大降低了天线的厚度，减轻了重量，另一方面降低旁瓣电平，改善了天线的辐射方向特性。
Description
技术领域
本发明涉及微波通讯技术领域，具体涉及一种以人工高阻抗表面作为天线阵背板的平板微带阵列天线。
背景技术
微带天线是微波通讯领域中的一种天线，它具有剖面薄、体积小、重量轻、易于载体表面形成共形结构等优点。这种天线可用常规印刷电路技术大批量生产，其制造成本低，而且易与其它固态微波元器件集成，因此在军事及民用通讯领域获得了广泛的应用。
在实际应用中，为了确保入射波与反射波同相性，在采用常规金属电导材料作反射板时，要保证反射背板与缝隙的间距约为λ/4或3λ/4(λ为自由空间波长)。这样会使整个天线的厚度相应变大，导致微带天线所具备的低剖面厚度的优势大打折扣。此外，由于缝隙与反射背板之间类似于一平行板波导，在其表面易激励表面波，表面波及平板模式传输的电磁波产生的寄生辐射的存在会使缝隙的天线辐射性能变差，具体对于微带阵列天线而言，会使其旁瓣电平升高，辐射方向特性变差。因此如何有效克服以上缺陷便成为本发明需要解决的问题。
发明内容
本发明提供一种以人工高阻抗表面作为天线阵背板的平板微带阵列天线，其目的第一是要减少天线厚度，使微带阵列天线变得更薄、更轻，第二是要降低旁瓣电平，改善微带阵列天线的辐射方向特性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微带阵列天线，其构造从上至下依次为天线元阵列、隔离层和天线元阵列的反射背板，所述天线元阵列的反射背板由基板和印刷在基板上表面的金属花样图案构成，金属花样图案以平面螺旋金属线为单元，按行和列排列成矩阵阵列，其中，各单元的螺旋金属线相互间电连接。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，为了将矩阵阵列的各单元螺旋金属线连接成整体，可以通过网格状金属线实现相互间电连接，这样金属花样图案就是由各螺旋金属线单元和网格状金属线连接构成。也可以采用其它连接将各单元连接成整体，比如相邻各单元之间通过金属线进行连接等。
2、上述方案中，金属花样图案的制作可采用以下方式来实现：
(1)利用印刷电路板工艺在微波介质基板上印刷制成。
(2)利用半导体刻蚀工艺在微波介质基板上印刷制成。
(3)利用丝网印刷工艺在微波介质基板上印刷制成。
3、上述方案中，所述平面螺旋金属线单元中平面螺旋金属线较佳的形状为矩形，但是理论上也可以采用圆形、椭圆形、棱形、多边形或三角形的平面螺旋金属线单元。
4、上述方案中，所述平面金属花样图案实际构成一种特殊的高阻磁导面，它是本发明的核心，对本发明效果起关键作用。而天线元阵列不是本发明的关键，可以采用微带阵列天线的现有技术。所述隔离层为空气或泡沫塑料。
本发明原理和效果是：以人工高阻抗表面金属花样图案取代常规的全金属电导面作为天线阵的反射背板，可使背板与缝隙阵面的间距从λ/4或3λ/4降到λ/10以下(理想间距为零)，从而大大降低了天线的厚度。由于背板与缝隙阵面之间常填充泡沫介质作支撑与隔离，间距的降低使所需泡沫介质的量大为减小，对大型天线阵而言由此而降低的天线重量也相当可观。同时，由于这种新型的背板具有特殊的电磁禁带特性，可抑制表面波及缝隙与反射背板之间平行板模式电磁波的传播，从而有效降低阵列天线的旁瓣电平，通常比主峰降低20个db以上，见图3所示。
附图说明
附图1为本发明实施例剖面结构示意图；
附图2为本发明实施例高阻磁导面金属花样图案；
附图3为本发明实施例天线辐射方向图。
以上附图中，1、天线元阵列；2、隔离层；3、基板；4、金属花样图案；5、矩形螺旋金属线单元；6、网格状金属线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种微带阵列天线
参见图1所示，微带阵列天线的构成从上至下依次由天线元阵列1、隔离层2、高阻磁导面金属花样图案4和高阻磁导面的基板3四层叠加构成。天线元阵列1位于隔离层2的上表面，可以采用微带阵列天线的现有技术，这里不作详细介绍。隔离层2为空气或泡沫塑料。高阻磁导面金属花样图案4位于基板3的上表面，具体的尺寸参数和材料选取根据所应用的频段按照已有的微波理论计算得出，本实施例中，频率应用范围为3.4GHz到3.53GHz，隔离层2选用介电常数在1到2之间的介质，高阻磁导面的基板3采用介电常数在2到20之间的微波介质材料。
参见图2所示，高阻磁导面金属花样图案4利用印刷电路板工艺，将金属材料印刷在微波介质基板3上。本实施例中，金属选用铜，微波介质材料选用聚四氟乙烯。金属花样图案4由二十四个矩形螺旋金属线单元5和网格状金属线6组成，其中，每个矩形螺旋金属线单元5均由金属线从内到外按逆时针方向旋转成方形螺旋状，网格状金属线6由一个长方形外框、七根横线和两根纵线构成二十四个空格(横向三个空格、纵向八空格)，二十四个矩形螺旋金属线单元5一一布置在这二十四个空格中，并与对应空格的金属线电连接，以此构成三行和八列排列的矩阵阵列。不同数量和排列的矩形螺旋金属线单元5构成的金属花样图案对应不同的天线工作频段。
图3为本实施例天线辐射方向图，天线旁瓣对比主峰可降低20个db左右。而采用普通金属板作为反射背板的天线旁瓣通常比主峰底13个db左右，由此可见，本发明有效降低了阵列天线的旁瓣电平。
本实施例详细描述了矩形平面螺旋金属线单元的情况，圆形、椭圆形、棱形、多边形或三角形等其它形状的平面螺旋金属线单元可以根据本实施例以此类推。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种微带阵列天线，其构造从上至下依次为天线元阵列(1)、隔离层(2)和天线元阵列的反射背板，其特征在于：所述天线元阵列的反射背板由基板(3)和印刷在基板(3)上表面的金属花样图案(4)构成，金属花样图案(4)以平面螺旋金属线为单元(5)，按行和列排列成矩阵阵列，其中，各单元的螺旋金属线相互间电连接；所述矩阵阵列的各单元通过网格状金属线(6)实现相互间电连接。
2.根据权利要求1所述的微带阵列天线，其特征在于：所述金属花样图案(4)是利用印刷电路板工艺在微波介质基板(3)上印刷制成。
3.根据权利要求1所述的微带阵列天线，其特征在于：所述金属花样图案(4)是利用半导体刻蚀工艺在微波介质基板(3)上印刷制成。
4.根据权利要求1所述的微带阵列天线，其特征在于：所述金属花样图案(4)是利用丝网印刷工艺在微波介质基板(3)上印刷制成。
5.根据权利要求1所述的微带阵列天线，其特征在于：所述隔离层(2)为空气或泡沫塑料。
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