CN101272006B - 基于360度复合移相线的天线阵列 - Google Patents

Abstract

基于360度复合移相线的天线阵列由半封闭式左右手复合传输线21加一定长度微带线22构成360复合移相线2，并对天线单元1进行串联馈电。四分之一波长阻抗变换线4实现天线阵列输入阻抗到微带馈线3端口阻抗匹配。其中半封闭式复合传输线由两单元的左右手复合结组成，每个单元包括交指电容211、周期金属化通孔侧壁213、和连接到周期通孔壁上的金属贴片212。整个结构集成印刷在微带电路板5上。本发明具有尺寸小、结构紧凑、馈电线与天线辐射单元之间耦合小等特点，可方便集成到微带或者共面波导系统设计中，实现射频前端和天线阵列的无缝连接。

Description

基于360度复合移相线的天线阵列

技术领域

本发明涉及一种天线阵列，尤其涉及一种基于360度复合移相线的天线阵列，可集成印刷在微波电路板上，实现两个或者多个天线单元的串联阵列辐射，也可结合并联馈电网络实现大型平面阵列的设计。

背景技术

天线阵列中有两种最基本的组合方式：串联馈电阵列和并联馈电阵列。对于大型平面阵往往是两种馈电方式的联合馈电。对于并联馈电，只要保证馈线的同长度及同方向排布即可；对于串联馈电线，则要求馈线的长度为一个导波波长。而为了抑制天线阵列的栅瓣，又必须限制两天线单元的间距，于是在实际设计中就需要将馈线进行必要的折弯，这样就会增加馈线的折弯损耗，而天线与馈线之间的耦合也可能大幅增加。而左右手复合传输线具有非线性的频率-相位响应，再结合线性响应的微带线，即可实现任意所需长度的360度相移，进而实现小尺寸紧凑型的串馈网络。将此串馈网络应用于天线阵列设计中，即可实现整个天线阵的紧凑和小型化。

发明内容

技术问题：本发明的发明目的是提供一种基于360度复合移相线的天线阵列，该天线阵列的串联馈电网络具有小尺寸结构紧凑的特点，并且尽可能的降低天线单元与馈线之间的耦合，使得天线阵列设计更加方便紧凑。

技术方案：本发明的基于360复合移相线的天线阵列包括天线单元、360度复合移相线、微带馈线及四分之一波长阻抗变换线；微带馈线通过四分之一波长阻抗变换线连接到天线单元上，各天线单元又通过360度复合移相线串联在一起。所述的天线单元可以由任意形状的金属贴片构成，实现电路中导行波到自由空间中电磁波的能量转换。所述的360度复合移相线包括半封闭式左右手复合传输线、微带线交指电容、金属贴片；其中，交指电容的对称两侧通过微带线与天线单元连接，而交指电容的另外对称两侧通过金属贴片与半封闭式左右手复合传输线连接，周期金属化通孔壁位于半封闭式左右手复合传输线上，该360度复合移相线可实现两天线单元之间的同相位馈电。所述的阵列天线单元、360度复合移相线、微带馈线和四分之一波长阻抗变换线集成印刷在微波电路板上，实现两个或者多个天线单元的串联馈电辐射。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明具有尺寸小、结构紧凑的优点。半封闭式左右手复合传输线具有非线性的频率-相位响应，再结合线性响应的微带线，即可保证在360度移相不变的情况下，实现所需频率点上不同长度的需要。以此来设计串联馈电网络，就可根据天线单元的间距进行任意设计，而不需要人为地进行拐弯处理。基于此复合传输线的串馈网络尺寸大幅减少、结构更加紧凑。

2、本发明具有馈电线与天线辐射单元之间耦合小的优点。对于传统大型天线阵列的设计，过多馈线与天线单元之间会引入不必要的耦合，导致天线辐射性能下降。本发明采用的半封闭式左右手复合传输线因为周期孔壁的作用，使得传输线的侧壁耦合大大降低。另外，根据天线辐射单元间距而设计的直馈电线也避免了折弯处的强辐射耦合。这就使得天线设计更加可靠、性能更优。

3、本发明中采用半封闭式左右手复合传输线设计而成的360度移相器，同时具有共面波导结构的特点，因此可方便地集成到微带或者共面波导系统设计中，实现射频前端和天线阵列的无缝连接。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的一种具体结构的S参数仿真及实测结果比较。

图3是本发明的上述具体结构实测得到的H面归一化功率方向图。

以上的图中有：阵列天线单元1、360度复合移相线2、微带馈线3、四分之一波长阻抗变换线4，微波电路板5。

具体实施方式

本发明中，该天线阵列包括天线单元1、360度复合移相线2、微带馈线3及四分之一波长阻抗变换线4；微带馈线3通过四分之一波长阻抗变换线4连接到天线单元1上，各天线单元1又通过360度复合移相线2串联在一起。整个结构集成印刷在微波电路板5上。

在此，提供一种具体结构以实现5GHz频率上两天线单元的串联馈电辐射。其中半封闭式复合传输线21由两单元左右手复合结构组成。每个左右手复合结构单元中的交指电容211由六个交指贴片构成，交指电容的总宽度与微带馈线的宽度相同；在交指电容两侧打上周期金属化通孔213；交指电容211与金属化孔壁213通过两矩形贴片212相连。半封闭式复合传输线21与两端一定长度的微带22连接，共同实现360度移相功能。微带馈线的端口阻抗为50欧姆，辐射贴片选为长方形条带。

图2给出了上述具体结构的S参数仿真及实验测试结果，而图3给出了上述具体结构的H面归一功率化方向图。从图2的S参数仿真结果可以看出，本发明的基于半封闭式左右手复合传输线的天线阵列精确地实现了5GHz处的串联馈电辐射。受加工误差及板材参数色散等影响，在5.068GHz频率点上我们测量得到最小的S₁₁＝-14.17dB，中心频率偏差为1.36％，与仿真结果基本吻合。从图3的H面归一化功率方向图可以看出，两天线阵列最大辐射方向垂直于天线阵面，此即说明辐射贴片具有相同的馈电相位。在最大辐射方向上交叉极化电平为-20dB，即具有很好的线极化特性。实测得到的半功率波瓣宽度为58.6°，与仿真结果相吻合。

Claims (3)

1.一种基于360度复合移相线的天线阵列，其特征在于该天线阵列包括天线单元(1)、360度复合移相线(2)、微带馈线(3)及四分之一波长阻抗变换线(4)；微带馈线(3)通过四分之一波长阻抗变换线(4)连接到天线单元(1)上，各天线单元(1)又通过360度复合移相线(2)串联在一起；

所述的360度复合移相线(2)包括半封闭式左右手复合传输线(21)、微带线(22)、交指电容(211)、金属贴片(212)；其中，交指电容(211)的左右两侧通过微带线(22)与天线单元(1)连接，而交指电容(211)的上下两侧通过金属贴片(212)与半封闭式左右手复合传输线(21)连接，周期金属化通孔壁(213)位于半封闭式左右手复合传输线(21)上，该360度复合移相线可实现两天线单元之间的同相位馈电。

2.根据权利要求1所述的基于360度复合移相线的天线阵列，其特征在于所述的天线单元(1)可以由任意形状的金属贴片构成，实现电路中导行波到自由空间中电磁波的能量转换。

3.根据权利要求1所述的基于360度复合移相线的天线阵列，其特征在于所述的阵列天线单元(1)、360度复合移相线(2)、微带馈线(3)和四分之一波长阻抗变换线(4)集成印刷在微波电路板(5)上，实现两个或者多个天线单元的串联馈电辐射。

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