CN102354797A - 新型宽频带微带贴片天线阵列 - Google Patents

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陈斌
王学良
李福军
赵玉国
卿海
钱俊辉
曾传宝
汪波
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Abstract

一种新型宽频带微带贴片天线阵列，包括阵列本体，所述阵列本体由设有耦合槽的数个辐射单元组成，其特征在于：各个辐射单元耦合槽的长度设置方式是在阵列本体上由中间向两端递减。一种改进是所述阵列本体设置有六个辐射单元，设有相同长度耦合槽的辐射单元在阵列本体上成对设置。本发明结构简单，其设计调试过程简便，仿真设计阶段馈电线不需调整，可在计算机上直观方便地观察到天线阵列的波束宽度、副瓣、增益等辐射性能。

Description

新型宽频带微带贴片天线阵列
技术领域
本发明涉及一种微带贴片天线阵列结构，尤其是一种小型的孔径耦合的微带贴片天线阵列。
背景技术
微带天线是七十年代初期研制成功的一种新型天线，与常用微波天线相比，它具有体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形、制造简单、成本低、易于和微带线路集成等特点。微带贴片天线是微带天线的一种，以其相对效率高、分析方法成熟而得到广泛的应用，但其频带窄的缺点限制了其应用领域。
微带贴片天线的窄频特性，由其高Q的谐振本性所决定。这意味着，当在谐振时实现了匹配，而当频率偏离谐振时电抗分量急剧变动使之失配。展宽频带的方法可以由降低Q值的各个方面去探求，也可考虑用附加的匹配措施来实现。常用的方法有采用厚基板，采用εr较小或tanδ较大的基板，附加阻抗匹配网络，采用多层结构，在贴片或接地板“开窗”，非线性基板材料，非线性调整元件，楔形或阶梯形基板等，其中，最有效的常用方法是采用“开窗”孔径耦合的形式，馈电线通过耦合槽将能量馈送给贴片，再向自由空间辐射。在阵列天线设计过程中需在阵列环境中考察单元特性，对单元进行调整，以满足工作带宽内的匹配要求和辐射特性。这是一项非常繁琐的工作，也是阵列天线设计的必经之路。现有技术中，由这种带耦合槽的微带贴片天线单元组成阵列时，各个耦合槽的长度都是相等的。由相同的天线单元组成阵列，可以带来仿真建模及设计上的方便，对于由成百上千个天线单元组成的超大型阵列尤其如此，但是，对于小型的孔径耦合微带贴片天线阵列则限制了其参数调整的自由度。例如，为得到较低的天线副瓣电平则需要调整每个单元馈电幅度分布，在等长耦合槽情况下只能调整每个单元的馈电线的阻抗(反映在馈电线印制图形上即是调整其宽度)，同时还要调整相应的馈电线阻抗变换段，有时会遇到馈电线非常细，已经无法进一步调整，而且较细的微带线加工时也会带来较大的加工误差，此调试过程非常繁琐，要花费大量的时间和精力，结果还不一定能满足要求。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种新型宽频带微带贴片天线阵列，其结构简单，设计调试过程方便快捷，效果理想。
本发明采用如下技术方案：包括阵列本体，所述阵列本体由设有耦合槽的数个辐射单元组成，各个辐射单元耦合槽的长度设置方式是在阵列本体上由中间向两端递减。其原理是：各个耦合槽长度由中间向两端递减，相当于改变了馈电线耦合到贴片的激励电流，比起调整馈电网络来简单方便，还更有效。
一种改进是，所述阵列本体设置有六个辐射单元，设有相同长度耦合槽的辐射单元在阵列本体上成对设置。
另一种改进是，所述六个辐射单元包括六个耦合槽；六个耦合槽包括从左至右依次排列的第一耦合槽、第二耦合槽、第三耦合槽、第四耦合槽、第五耦合槽、第六耦合槽；第一耦合槽和第六耦合槽的长度相等，为48毫米；第二耦合槽和第五耦合槽的长度相等，为50毫米；第三耦合槽和第四耦合槽的长度相等，为56毫米。
本发明采用了耦合槽长度渐变的孔径耦合形式，阵列本体上各个耦合槽长度由中间向两端递减，相当于改变了馈电线耦合到贴片的激励电流，其结构简单，简化了设计调试过程，计算机仿真设计阶段考察天线辐射特性时，馈电线不需调整，可直观方便地观察到天线阵列的波束宽度、副瓣、增益等辐射性能。
附图说明
图1是本发明的辐射单元立体结构示意图。
图2是多个辐射单元组成的天线阵列结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明一种实施例包括阵列本体1，所述阵列本体1由设有耦合槽的数个辐射单元组成，各个辐射单元耦合槽的长度设置方式是在阵列本体1上由中间向两端递减，所述阵列本体1设置有六个辐射单元，设有相同长度耦合槽的辐射单元在阵列本体1上成对设置，所述六个辐射单元包括六个耦合槽；六个耦合槽包括从左至右依次排列的第一耦合槽a、第二耦合槽b、第三耦合槽c、第四耦合槽d、第五耦合槽e、第六耦合槽f；第一耦合槽a和第六耦合槽f的长度相等，为48毫米；第二耦合槽b和第五耦合槽e的长度相等，为50毫米；第三耦合槽c和第四耦合槽d的长度相等，为56毫米。为展宽工作频带，本微带天线阵列采用孔径耦合形式，功分馈电网络15采用一体化设计，形成带状线结构；馈电线14的设于中层介质板16和下层介质板17之间，下层的介质板17底面为金属接地层18，中层介质板16表面为开有矩形耦合槽19(共6个耦合槽19)的金属层20；耦合槽19与金属贴片单元12(共6个贴片单元12)之间是空气间隙13，贴片单元12上方是上层介质板，起支撑贴片单元12和天线罩的作用。如图2所示，各个耦合槽19的长度由中间向两端递减，相当于改变了馈电线14耦合到贴片单元12的激励电流，有效地降低了天线副瓣电平，比调整馈电网络15更加简单方便，还更有效。
对比试验结果表明，6个耦合槽长度均为56毫米的样机天线，其频带内驻波系数VSWR最大值达到了7.0，采用ANSOFT HFSS软件仿真计算得到加工尺寸数据，其频带内副瓣电平为-14dB，都不满足要求。采用本发明，阵列本体1的6个耦合槽长度由中间向两端递减，经数次仿真计算即可找到合适的尺寸，本实施例的尺寸匹配，经过实测频带内副瓣电平优于-22dB，省去了仿真阶段调馈电线的繁琐程序，节约了大量时间；调试阶段对样机天线馈电线的长度进行调整，使得频带内驻波系数VSWR最大值降到1.60以下，完全满足设计要求。这样大大提高了研制效率和节约了成本。
与发明类似的同类结构的等效变换，均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种新型宽频带微带贴片天线阵列，包括阵列本体，所述阵列本体由设有耦合槽的数个辐射单元组成，其特征在于：各个辐射单元耦合槽的长度设置方式是在阵列本体上由中间向两端递减。
2.根据权利要求1所述的一种新型宽频带微带贴片天线阵列，其特征在于：所述阵列本体设置有六个辐射单元，设有相同长度耦合槽的辐射单元在阵列本体上成对设置。
3.根据权利要求2所述的一种新型宽频带微带贴片天线阵列，其特征在于：所述六个辐射单元包括六个耦合槽；六个耦合槽包括从左至右依次排列的第一耦合槽、第二耦合槽、第三耦合槽、第四耦合槽、第五耦合槽、第六耦合槽；第一耦合槽和第六耦合槽的长度相等，为48毫米；第二耦合槽和第五耦合槽的长度相等，为50毫米；第三耦合槽和第四耦合槽的长度相等，为56毫米。
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