CN101859924B - 基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线。微波基板的正面为金属面，微波基板金属面上，等距安装四个为一组的大金属圆片，在每片大金属圆片上同轴分别安装一块小金属圆片，通过绝缘介质支撑，微波基板和大金属圆片之间，大金属圆片和小金属圆片之间形成空气介质，在微波基板的背面为馈电网络，信号通过馈电端口经馈电网络分为四个单元阵的探针馈电端口，分别通过探针馈电端口，将电磁能量间接耦合馈电给大金属圆片，直接馈电给小金属圆片。整体结构简单，制作材料选择自由度大，低剖面等特点应用于诸如飞机，舰船，车辆等导航定位，卫星收发天线及其他对天线剖面高度和质量比较敏感的应用场合。

Description

基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线

技术领域

本发明涉及双频段阵列天线，尤其是涉及一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线。

背景技术

随着卫星导航定位技术的飞速发展，各国都在酝酿开发本国的全球卫星导航系统，目前相对成熟的有美国的GPS定位系统，俄罗斯的GLONASS定位系统，欧盟正在实施的GALLEO定位系统以及我国的北斗定位系统等。同时还有一些地面的飞机导航等系统，这些系统为我们日常生活提供了很大的便利，诸如飞机导航，车辆定位等等。因而，作为相关信号接收部件，性能优良的导航定位天线显得非常重要。

平板天线应用非常广泛，由于平板天线口径面积利用率高、体积较小、剖面较低、可共形，具有良好的方向图性能，辐射单元与馈线网络易于集成，易于实现低或极副瓣等特点，所以广泛应用于车载、导航、雷达、导弹和火炮系统等领域。传统的平板天线为了获得较高的天线增益，一般通过组阵的形式实现，组阵单元常用螺旋结构、缝隙结构等，导致天线的剖面相对较大，使得应用在某些应用场合应用受限。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的微波基板的正面为金属面，微波基板金属面上，等距安装四个为一组的大金属圆片，在每片大金属圆片上同轴分别安装一块小金属圆片，通过绝缘介质支撑，微波基板和大金属圆片之间，大金属圆片和小金属圆片之间形成空气介质，微波基板的背面为馈电网络，信号通过馈电端口经馈电网络分为四个单元阵的探针馈电端口，分别通过探针馈电端口，将电磁能量间接耦合馈电给大金属圆片，直接馈电给小金属圆片，其中小金属圆片谐振于高频点，大金属圆片谐振于低频点。

所述的大金属圆片，小金属圆片和微波基板的金属面均覆有铜箔。

所述的四个单元阵的探针馈电端口均偏离各自小金属圆片的中心。

所述的馈电网络为对称结构，馈电端口采用SMA接口。

所述的低频点为600MHz～750MHz，高频点为1000MHz～1200MHz。

通过两个不同大小的金属圆片实现双频谐振频点，其中在四个单元阵上面，探针馈电端口间接耦合馈电给大金属圆片，直接馈电给小金属圆片。微波基板和大金属圆片之间，大金属圆片和小金属圆片之间均为空气介质，通过四个天线单元的组阵达到一个需要的增益，最终天线如宝塔形状。

本发明具有的有益的效果是：

该天线充分利用频率选择表面相似结构低剖面的特性，通过空气作为介质，不仅节省原料，同时降低了介质的损耗，通过组阵实现高增益，提高天线的整体性能。天线制作工艺简单，制作成本低，天线制造材料可针对不同的应用场合灵活选择，可用于飞机、舰船、车辆等卫星导航定位，卫星收发等用途。天线两个频率谐振点可以通过改变上下两个金属圆片的大小来实现，为调试天线带来了方便。

附图说明

图1是本发明的整体结构视图。

图2是本发明的背面视图。

图3是本发明天线单元结构的剖面视图。

图中：1、微波基板，2、大金属圆片，3、小金属圆片，4、探针馈电端口，5、馈电端口，6馈电网络。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明包括微波基板1，大金属圆片2，小金属圆片3，探针馈电端口4，馈电端口5和馈电网络6。微波基板1的正面为金属面，微波基板1金属面上，等距安装四个为一组的大金属圆片2，在每片大金属圆片2上同轴分别安装一块小金属圆片3，通过绝缘介质支撑，微波基板1和大金属圆片2之间，大金属圆片2和小金属圆片3之间形成空气介质，微波基板1的背面为馈电网络6，信号通过馈电端口5经馈电网络6分为四个单元阵的探针馈电端口4，分别通过探针馈电端口，将电磁能量间接耦合馈电给大金属圆片2，直接馈电给小金属圆片3，其中小金属圆片3谐振于高频点，大金属圆片2谐振于低频点。

所述的大金属圆片2，小金属圆片3和微波基板1的金属面均覆有铜箔。

所述的四个单元阵的探针馈电端口4均偏离各自小金属圆片3的中心。

所述的馈电网络6为对称结构，馈电端口5采用SMA接口。

所述的低频点为600MHz～750MHz，高频点为1000MHz～1200MHz。

本发明作为发射天线时，信号从馈电端口5馈入，经过馈电网络6等分为四个同相位的信号，分别作为四个子阵单元的馈源信号，经过探针馈电端口4，将信号馈给大金属圆片2和小金属圆片3，最后将信号辐射出去。作为接收天线时，则是一个逆过程。

如图3所示，本发明的天线设计相关参数主要涉及如下：小金属圆片3的直径D1，大金属圆片2的直径D2，两者除需要满足D2＞D1的关系外，还需要满足D1在140mm～160mm之间，D2在190mm～220mm之间；大金属圆片2与小金属圆片3之间的间距h1，微波基板1和大金属圆片2之间的间距h2，两者需要满足h2＞h1的关系，同时h1在5mm～8mm之间，h2在10mm～18mm之间。

图3给出了天线单元阵的剖面结构视图。对于本天线的具体设计流程如下：首先，确定天线需要工作的频率，确定大金属圆片2和小金属圆片3的初始大小：D2和D1，使它们谐振在所要的频率点上面，同时需要根据应用场合对天线体积的限定选择合适大小和形状的微波基板1；其次，利用现有的电磁仿真软件，进行模型的建模、仿真、优化，最终获得所需要加工的模型尺寸。

对于模型设计，具体可以参照图1到图3所示，图3详细给出了天线单元阵的剖面结构视图，在探针馈电端口4处，利用同轴线的内导体实现对小金属圆片3的直接馈电，通过同轴线内导体的间接耦合馈电给大金属圆片2。

在天线设计过程中，还需要合理调节金属圆片之间的间距h1和h2，使天线具有合适的带宽及所需的谐振频率点。

对于天线的加工，微波基板1上面的馈电网络可以通过普通的蚀刻工艺获得，大金属圆片2和小金属圆片3一般的裁剪即可加工得到。

Claims (5)

1.一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线，其特征在于：微波基板(1)的正面为金属面，微波基板(1)金属面上，等距安装四个为一组的大金属圆片(2)，在每片大金属圆片(2)上同轴分别安装一块小金属圆片(3)，通过绝缘介质支撑，微波基板(1)和大金属圆片(2)之间，大金属圆片(2)和小金属圆片(3)之间形成空气介质，微波基板(1)的背面为馈电网络(6)，信号通过馈电端口(5)经馈电网络(6)分为四个单元阵的探针馈电端口(4)，分别通过探针馈电端口，将电磁能量间接耦合馈电给大金属圆片(2)，直接馈电给小金属圆片(3)，其中小金属圆片(3)谐振于高频点，大金属圆片(2)谐振于低频点；

所述小金属圆片(3)的直径D1，大金属圆片(2)的直径D2，两者除需要满足D2＞D1的关系外，还需要满足D1在140mm～160mm之间，D2在190mm～220mm之间；大金属圆片(2)与小金属圆片(3)之间的间距h1，微波基板(1)和大金属圆片(2)之间的间距h2，两者需要满足h2＞h1的关系，同时h1在5mm～8mm之间，h2在10mm～18mm之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线，其特征在于：所述的大金属圆片(2)，小金属圆片(3)和微波基板(1)的金属面均覆有铜箔。

3.根据权利要求1所述的一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线，其特征在于：所述的四个单元阵的探针馈电端口均偏离各自小金属圆片(3)的中心。

4.根据权利要求1所述的一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线，其特征在于：所述的馈电网络(6)为对称结构，馈电端口(5)采用SMA接口。

5.根据权利要求1所述的一种基于频率选择表面谐振单元的双频段阵列天线，其特征在于：所述的低频点为600MHz～750MHz，高频点为1000MHz～1200MHz。

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