CN102694276A

CN102694276A - 一种介质阵列天线

Info

Publication number: CN102694276A
Application number: CN2012101917339A
Authority: CN
Inventors: 陈星�; 黄卡玛; 郭庆功; 刘长军; 赵翔; 闫丽萍; 杨晓庆; 杨阳
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-09-26

Abstract

本发明公开了一种介质柱阵列天线，其特点是该阵列天线采用介质柱（1）作为天线辐射单元；为实现高增益，将多个介质柱（1）按照一定的间距组成天线阵列；该阵列天线采用微带并联馈电网络（5）对介质柱实现等幅同相馈电；微带并联馈电网络（5）印刷在印刷电路板的介质层（3）上；同轴线（6）内导体穿过金属地层（4）、介质层（3）与微带并联馈电网络（5）连接；同轴线（6）外导体与金属地层（4）连接；每个介质柱末端安装有金属套筒（2），金属套筒焊接在圆形金属贴片（10）上，圆形金属贴片印刷在介质层上，金属套筒一方面对介质柱起固定作用，另一方面引导电磁能量传播到介质柱。

Description

一种介质阵列天线

技术领域

本发明涉及一种介质阵列天线，属于无线电设备中天线领域。

背景技术

天线是无线电设备中的关键部件，它承担着能量转换功能和定向辐射（或接收）的功能，直接决定电磁能量在空间传输的效率，影响整个无线系统工作效果。随着现代通信技术的迅猛发展，对于天线的小型化、宽频带、低损耗等性能提出了更高的要求。在现有天线类型中，介质天线因其自身的优势而得到了广泛的关注和应用。介质天线中包含有一个或多个介质体组成天线的辐射单元，主要优点如下：

1.易于馈电，可以采用多种馈电方式，例如同轴探针馈电、微带线馈电、微带缝隙馈电、共面波导馈电、波导缝隙馈电等。

2.天线的体积较小。

3.由于不存在导体损耗和表面波损耗, 其辐射效率很高。

4.功率容量高。

由于以上优点，介质天线得到了广泛研究，国内外发展了多种原理和结构不同的介质天线，如：美国John D.Kraus撰写的天线领域权威著作《Antennas: For All Applications》的第17章中介绍了传统介质棒天线，该介质天线采用圆柱波导进行馈电，不便于组成阵列以获得更高的辐射效率；《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》2010年第58卷12期论文“Design of short axiallength high gain dielectric rod antenna”介绍了由一种特殊的介质棒结构结成的介质天线，天线在中心频率5.6GHz处增益可达16.7 dBi，但该天线中介质棒结构复杂，不易于加工；《2ND EUROPEAN CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 (EuCAP2007)第1至5页论文“Analysis of dielectric resonator antenna arrays with supporting perforated rods”中提出了带有穿孔支杆的介质阵列天线，通过口径耦合微带线激励组成了并馈阵列，但是该天线中介质体辐射单元采用了正方形结构，天线的旁瓣和后瓣均比较大。特别是现有的绝大多数介质天线采用高介电常数介质，价格昂贵，不利于介质天线的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种介质阵列天线，其特点是采用价格低廉的低介电常数介质，结构简单、便于加工、微带馈电的介质阵列天线。

本发明由以下技术措施实现：

介质柱阵列天线采用介质柱作为天线辐射单元；为实现高增益，将多个介质柱按照一定的间距组成天线阵列；该阵列天线采用微带并联馈电网络对介质柱实现等幅同相馈电；微带并联馈电网络印刷在印刷电路板的介质层上；同轴线内导体穿过金属地层、介质层与微带并联馈电网络连接；同轴线外导体与金属地层连接；每个介质柱末端安装有金属套筒，金属套筒焊接在圆形金属贴片上，圆形金属贴片印刷在介质层上，金属套筒一方面对介质柱起固定作用，另一方面引导电磁能量传播到介质柱。

印刷电路板分为三层，上层为微带并联馈电网络，中间为介质层，下层为金属地层。

阵列天线的介质柱为介电常数低的聚四氟乙烯、聚乙烯、环氧树脂中的任一种。

阵列天线的微带并联馈电网络包括特性阻抗50Ω微带线、100Ω微带线和特性阻抗渐变微带线，特性阻抗50Ω微带线、100Ω微带线通过特性阻抗渐变微带线连接，微带线尾部与圆形金属贴片连接。

本发明具有如下优点：

（1）采用结构简单的圆柱形介质柱作为天线的辐射单元，降低了天线的加工难度。

（2）介质柱采用价格低廉的聚四氟乙烯等低介电常数材料制作，节约了天线制作成本。

（3）介质柱通过微带并联馈电网络进行馈电，该馈电网络采用平板印刷技术，加工制作简便、精度高。

（4）天线能够实现高增益定向性辐射。

附图说明

图1为介质阵列天线结构示意图

图2为介质阵列天线侧视图

图3为介质阵列天线微带并联馈电网络正视图

1.介质柱，2.金属套筒，3.介质层，4. 金属地层，5.微带并联馈电网络， 6.同轴线，7.特性阻抗为50Ω的微带线，8. 特性阻抗为100Ω的微带线，9. 特性阻抗渐变的微带线，10.圆形金属贴片

图4为介质阵列天线的S11曲线图

介质阵列天线的中心频率为8.0GHz，从图上看到其S11<-10dB的阻抗带宽为7.7％（7.70GHz～8.32GHz）。

图5为介质阵列天线在中心频率8.0GHz的方向图

介质阵列天线的中心频率为8.0GHz，从图上看到该天线具有良好的轴向定向辐射特性，增益达到20.2 dBi。

具体实施例

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例：

如图1～3所示，介质柱阵列天线是采用4×4根圆柱形介质柱1作为天线辐射单元；介质柱的高度为80mm，半径为4.4mm，为实现高增益，将多个介质柱1按照29-31mm中心的间距组成天线阵列；该阵列天线采用微带并联馈电网络5对介质柱实现等幅同相馈电；微带并联馈电网络5印刷在印刷电路板的介质层3上；同轴线6内导体穿过金属地层4、介质层3与微带并联馈电网络5连接；同轴线6外导体与金属地层4连接；每个介质柱末端安装有金属套筒2，金属套筒焊接在圆形金属贴片10上，圆形金属贴片印刷在介质层上，金属套筒一方面对介质柱起固定作用，另一方面引导电磁能量传播到介质柱。

印刷电路板分为三层，上层为微带并联馈电网络5，中间为介质层3，下层为金属地层4。

阵列天线的介质柱1为介电常数低于2.08的聚四氟乙烯或聚乙烯或环氧树脂制作。

阵列天线的微带并联馈电网络的印刷电路板为相对介电常数为2.65的聚四氟乙烯微波板制作，微波板厚的度为1mm，微带并联馈电网络5包括特性阻抗50Ω微带线7、100Ω微带线8和特性阻抗渐变微带线9，特性阻抗50Ω微带线7、100Ω微带线8通过特性阻抗渐变微带线9连接，微带线尾部与圆形金属贴片10连接。

阵列天线的金属套筒由铜材制作，其高度为10.5mm，内半径和外半径分别为4.4mm和5.9mm。

Claims

1.一种介质柱阵列天线，其特征在于该阵列天线是采用介质柱（1）作为天线辐射单元；为实现高增益，将多个介质柱（1）按照一定的间距组成天线阵列；该阵列天线采用微带并联馈电网络（5）对介质柱实现等幅同相馈电；微带并联馈电网络（5）印刷在印刷电路板的介质层（3）上；同轴线（6）内导体穿过金属地层（4）、介质层（3）与微带并联馈电网络（5）连接；同轴线（6）外导体与金属地层（4）连接；每个介质柱末端安装有金属套筒（2），金属套筒焊接在圆形金属贴片（10）上，圆形金属贴片印刷在介质层上，金属套筒一方面对介质柱起固定作用，另一方面引导电磁能量传播到介质柱。

2.如权利要求1所述介质柱阵列天线，其特征在于印刷电路板分为三层，上层为微带并联馈电网络（5），中间为介质层（3），下层为金属地层（4）。

3.如权利要求1所述介质柱阵列天线，其特征在于该阵列天线的介质柱（1）为介电常数低的聚四氟乙烯、聚乙烯、环氧树脂中的任一种。

4.如权利要求1所述介质柱阵列天线，其特征在于该阵列天线的微带并联馈电网络（5）包括特性阻抗50Ω微带线（7）、100Ω微带线（8）和特性阻抗渐变微带线（9），特性阻抗50Ω微带线（7）、100Ω微带线（8）通过特性阻抗渐变微带线（9）连接，微带线尾部与圆形金属贴片（10）连接。