CN103259095A - 一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线 - Google Patents
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Abstract
一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，涉及面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，本发明为解决现有微带天线不能在发射和接收电磁波同时实现光学探测的问题。包括透明介质板、栅格化接地板、栅格化微带贴片、栅格化微带馈线和波导端口，栅格化接地板完全敷于透明介质板下表面，栅格化微带贴片敷于透明介质板上表面，透明介质板和栅格化微带贴片的中心重合，波导端口固定在透明介质板的侧面，位于其长边的中间位置，栅格化微带馈线敷于透明介质板上表面，位于波导端口和栅格化微带贴片之间，馈电通过波导端口传到栅格化微带馈线和栅格化接地板，栅格化微带馈线将接收到的馈电传到栅格化微带贴片。本发明用于光学和微波探测同轴的光学探测。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线。
背景技术
微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线，是在一个薄介质基上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法做出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线对贴片馈电，构成微带天线。微带天线最初作为火箭和导弹上的共型全向天线获得了应用，随着材料科学技术的发展实用的微带天线才得到了长足的发展，现已在大约从100MHz到50GHz的宽频带上获得了大量的应用。微带天线的出现是现代微波集成电路技术在理论和实践上应用于天线理论的一个重要成就。
由于微带天线所具有的体积小，重量轻，低剖面，能与载体共形，制造成本低，易于大量生产，可以做得很薄，从而不扰动装载的宇宙飞船的空气动力学性能，无需做大的变动就能很容易地装在导弹、火箭和卫星上，方向性好，易集成稍稍改变馈电位置就可以获得线极化和圆极化等诸方面的优点，其应用前景非常广阔，现已广泛应用于移动通信、卫星通信、指挥和控制系统、导弹遥测、生物医学辐射器等各个领域。
微带天线的特征是比通常的微波天线有更多的物理参数，它们可以有任意的几何形状和尺寸，根据实际中的某些特殊性能和要求，在充分考虑其增益、天线效率、极化特性、频带宽度、输入阻抗等有关参数的前提下，可以把微带天线的贴片做成不同的形状，现在已经被广泛使用的贴片形状有矩形、圆形、椭圆形、圆环形、三角形等等，也可做成蝴蝶结形、缝隙形等一些比较特殊的形状，而更多种多样的贴片形状也正被不断开发出来。
栅格天线是一种由栅格单元组阵形成的天线，微带栅格天线除具有微带天线的基本优点以外，还具有较高带宽、高增益、波束集中、低副瓣、线极化等辐射特性，此外，当改变天线阵列工作频率时能够改变天线主波束指向，而天线阵短边宽度的改变则可调节天线阵的电流，从而进行天线波束赋形和旁瓣控制。
随着天线技术的发展，栅格天线的研究不断展开。微带线的出现替代了传统金属栅格，微带栅格结构随即出现，同时研究者对栅格天线的辐射特性、网格形式、馈电方式以及天线数值计算等方面进行了很多相关的分析和研究。
由于微带天线及微带栅格天线很容易通过改变它们的形状来改变它们的性能以适用于不同的需求。现有的微带天线只是单纯用于接受和发射电磁波，大多数的发明只是在改善天线的性能上做研究，而没有与其他学科相结合，实现学科间的跨越和结合，特别是在光学领域。
发明内容
本发明目的是为了解决现有微带天线只是单纯用于接收和发射电磁波，并且没有与其他学科相结合，实现学科间的跨越和结合，特别是在光学领域，不能在发射和接收电磁波的同时实现光学探测的问题，提供了一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线。
本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，它包括透明介质板、栅格化接地板、栅格化微带贴片、栅格化微带馈线和波导端口，所述透明介质板和栅格化接地板的长和宽都完全相同，栅格化微带贴片的长小于透明介质板的长，栅格化微带贴片的宽小于栅格化微带贴片的宽，栅格化微带馈线的宽小于栅格化微带贴片的宽，栅格化接地板完全敷于透明介质板的下表面，栅格化微带贴片敷于透明介质板的上表面，并且透明介质板和栅格化微带贴片的中心重合，波导端口固定在透明介质板的侧面，且位于透明介质板长边的中间位置，栅格化微带馈线敷于透明介质板的上表面，并且位于波导端口和栅格化微带贴片之间，馈电通过波导端口传到栅格化微带馈线和栅格化接地板，栅格化微带馈线将接收到的馈电传到栅格化微带贴片。
所述透明介质板的长度为5mm、宽度为4mm、厚度为1mm，介电常数为3.8，所述透明介质板的材料为透明玻璃材质。
所述栅格化接地板的长度为5mm、宽度为4mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化接地板由50*40个栅格组成，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为0.01mm，占空比为1:10。
所述栅格化微带贴片的长度为3.8mm、宽度为2.4mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化微带贴片由38*24个栅格组成，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
所述栅格化微带馈线的长度为0.8mm、宽度为1mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化微带馈线由8*10个栅格组成的，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
所述的栅格化的接地板、栅格化的微带贴片和栅格化的微带馈线的所有栅格样式和尺寸完全相同，所述栅格样式和尺寸为：每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
所述微带天线工作于Ka波段。
本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，是通过改变微带天线的贴片、接地板、介质板以及馈线的设计来实现栅格状微带贴片天线在光学领域中的一种新型的应用，充分利用其易于与载体共形的优良特性，与光学器件共形，即要实现光学和微波探测同轴并使用同一个辐射口面，使光能够无障碍的穿过贴片天线传输，并且既不影响天线的性能，也不影响光的性能。在这一条件下，如果这种微带天线的各项参数指标可以达到普通微带天线参数指标的80%，即可认为性能良好。
本发明将微带贴片做成栅格状，同时要将金属薄层和微带馈线都做成栅格，用透明的特殊材质的玻璃作为介质板，即可透光。由于光也是一种电磁波，在栅格尺寸满足惠更斯衍射定律的情况下，就可以绕过作为障碍物的栅格，从而实现无障碍传输，同时也要使天线的各项参数达到要求。
本发明的优点：使光学传输和微波辐射使用同一个口面，保证了探测的准确性，简化了结构，增强了机械稳定性，大幅度节约了空间，制作工艺简单，易于大量生产。
与以往的微带天线相比，本发明选用透明玻璃为介质板，将接地板、馈线都变成了与贴片相同的细密的网格，首次提出接地板和馈线的栅格化处理，网格间距离为0.01mm，网格的边长为0.1mm，得到的微带天线在26.5GHz～29.2GHz频带范围内，回波损耗S11＜-10dB，相对带宽为10%，中心频率为27.7GHz，具有良好的谐振特性，增益为6.7dB，方向性良好。
附图说明
图1是本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线的主视图；
图2是图1的后视图；
图3是图1的左视图；
图4是本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线的S11频率变化曲线示意图，纵坐标表示转换为dB的S-参数，横坐标表示频率/GHz；微带天线单元在26.5GHz～29.2GHz频带范围内，回波损耗，相对带宽为10%，中心频率为27.7GHz；
图5是本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线的微带天线的Smith圆图曲线示意图，曲线表示S-参数的史密斯圆图；
图6是本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线的3D远场方向图；
图7是本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线的Cartesian坐标系下的远场方向图φ=90°时，微带天线单元的最大增益为6.7dB；曲线表示远场方向图（Φ=90°），横坐标表示θ/度。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，它包括透明介质板1、栅格化接地板2、栅格化微带贴片3、栅格化微带馈线4和波导端口5，所述透明介质板1和栅格化接地板2的长和宽都完全相同，栅格化微带贴片3的长小于透明介质板1的长，栅格化微带贴片3的宽小于栅格化微带贴片3的宽，栅格化微带馈线4的宽小于栅格化微带贴片3的宽，栅格化接地板2完全敷于透明介质板1的下表面，栅格化微带贴片3敷于透明介质板1的上表面，并且透明介质板1和栅格化微带贴片3的中心重合，波导端口5固定在透明介质板1的侧面，且位于透明介质板1长边的中间位置，栅格化微带馈线4敷于透明介质板1的上表面，并且位于波导端口5和栅格化微带贴片3之间，馈电通过波导端口5传到栅格化微带馈线4和栅格化接地板2，栅格化微带馈线4将接收到的馈电传到栅格化微带贴片3。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述透明介质板1的长度为5mm、宽度为4mm、厚度为1mm，介电常数为3.8，所述透明介质板1的材料为透明玻璃材质。
具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述栅格化接地板2的长度为5mm、宽度为4mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化接地板2由50*40个栅格组成，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为0.01mm，占空比为1:10。
具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述栅格化微带贴片3的长度为3.8mm、宽度为2.4mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化微带贴片3由38*24个栅格组成，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述栅格化微带馈线4的长度为0.8mm、宽度为1mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化微带馈线4由8*10个栅格组成的，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
具体实施方式六：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述的栅格化的接地板2、栅格化的微带贴片3和栅格化的微带馈线4的所有栅格样式和尺寸完全相同，所述栅格样式和尺寸为：每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述微带天线工作于Ka波段。
图5是本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线的微带天线的Smith圆图曲线示意图，频率为22GHz～33GHz时，匹配效果良好。
图6是本发明所述的一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线的3D远场方向图，微带天线单元具有良好的辐射特性，方向性较好。
Claims (7)
1.一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，其特征在于，它包括透明介质板（1）、栅格化接地板（2）、栅格化微带贴片（3）、栅格化微带馈线（4）和波导端口（5），所述透明介质板（1）和栅格化接地板（2）的长和宽都完全相同，栅格化微带贴片（3）的长小于透明介质板（1）的长，栅格化微带贴片（3）的宽小于栅格化微带贴片（3）的宽，栅格化微带馈线（4）的宽小于栅格化微带贴片（3）的宽，栅格化接地板（2）完全敷于透明介质板（1）的下表面，栅格化微带贴片（3）敷于透明介质板（1）的上表面，并且透明介质板（1）和栅格化微带贴片（3）的中心重合，波导端口（5）固定在透明介质板（1）的侧面，且位于透明介质板（1）长边的中间位置，栅格化微带馈线（4）敷于透明介质板（1）的上表面，并且位于波导端口（5）和栅格化微带贴片（3）之间，馈电通过波导端口（5）传到栅格化微带馈线（4）和栅格化接地板（2），栅格化微带馈线（4）将接收到的馈电传到栅格化微带贴片（3）。
2.根据权利要求1所述一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，其特征在于，所述透明介质板（1）的长度为5mm、宽度为4mm、厚度为1mm，介电常数为3.8，所述透明介质板（1）的材料为透明玻璃材质。
3.根据权利要求1所述一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，其特征在于，所述栅格化接地板（2）的长度为5mm、宽度为4mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化接地板（2）由50*40个栅格组成，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为0.01mm，占空比为1:10。
4.根据权利要求1所述一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，其特征在于，所述栅格化微带贴片（3）的长度为3.8mm、宽度为2.4mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化微带贴片（3）由38*24个栅格组成，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
5.根据权利要求1所述一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，其特征在于，所述栅格化微带馈线（4）的长度为0.8mm、宽度为1mm、厚度为0.0008mm，为铜制金属敷层，栅格化微带馈线（4）由8*10个栅格组成的，每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
6.根据权利要求3、4和5所述一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，其特征在于，所述的栅格化的接地板（2）、栅格化的微带贴片（3）和栅格化的微带馈线（4）的所有栅格样式和尺寸完全相同，所述栅格样式和尺寸为：每个栅格大小为0.1mm*0.1mm，栅格之间金属敷层的宽度均为为0.01mm，占空比为1:10。
7.根据权利要求1所述一种面向光学和微波同轴探测应用的微带天线，其特征在于，所述微带天线工作于Ka波段。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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