CN103531902A - 可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线。四层介质板上下呈层叠式分布，地板位于第一层介质板下，第一辐射贴片位于第二层介质板的上表面，第二辐射贴片位于第三层介质板的上表面；探针穿过地板和第一层介质板，探针的顶端圆面位于第一层介质板的上表面；矩形贴片位于第一层介质板的上表面；二面金属墙壁对称分布在天线辐射贴片长边的对立面；二个辐射贴片单元和地板均相互平行且三者的对称轴重合；探针与矩形贴片的长边相切。本发明通过采用探针与贴片相切这种临近耦合馈电方式来达到宽频带，采用高介电常数的覆盖层和耦合贴片来达到高增益的性能，采用金属墙壁来降低天线单元间的互耦。

Description

可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线

技术领域

本发明涉及的是一种通信天线，具体地说是一种可以应用于毫米波段相控阵天线中的可以降低单元间耦合的天线单元。

背景技术

由于无线电通信设备和电子信息设备朝着多功能化，小型化，超宽带，频率上移以及与周围环境友好协调的方向发展，这使得宽频带，小型化，高增益，毫米波段天线成为国内外研究的热点课题之一。它涉及到天线的宽带阻抗匹配技术，天线的加载技术，天线的电抗补偿技术等先进技术和工艺。

近几年，随着无线通信事业的大力发展及通信容量的增加，使天线的频段逐渐由低频段发展到高频段。目前已使用的Ku,K,Ka频段也越来越显得拥挤。故毫米波段及亚毫米波段的天线设计是天线发展的必然趋势。

毫米波段固态有源相控阵天线单元的形式多种多样，其中最主要的有三种型式:一种是喇叭阵，其阵元隔离度高，性能优良，适合于有源相控阵使用，但其尺寸及重量较大，不适合一些要求小尺寸及低重量的环境中应用；第二种是波导缝隙阵，其非常成熟的设计理念及实际的制作工艺，使其得到一定范围的应用，但其频带较窄，扫描角度有限，对于宽带大角度的扫描受到制约；第三种是微带阵，其虽受到效率低，频带较窄等制约，但其通过适当的改进，仍可以得到高效率，宽频带的天线单元。

对于微带天线的频带，可以有多种途径来展宽，比如选择低的介电常数和厚的介质基板，以及对贴片适当的开槽等等。之前，已经提到采用增加寄生贴片来展宽频带以及提高增益，以及提出用双L型探针馈电的形式来提高天线的频带和增益。但这些方法比较不理想，比如结构复杂，设计繁琐，通用性差，加工成本高，且性能存在一定的缺陷，不宜推广，因此设计一种新型的可以有效的降低单元天线间的互耦的毫米波段固态有源相控阵天线成为一个发展趋势。

申请号为201210363618.5的专利文件中公开的低剖面宽频带天线阵子和天线，采用至少三个贴片单元来达到高增益的性能，一个为主振贴片，余下为耦合贴片。其结构比较复杂，且应用于L频段。申请号为201310122359.1的专利文件中公开的一种双频高增益同轴馈电贴片天线，采用EBG结构来增加天线增益，实施比较复杂。申请号为201210495421.7的专利文件中公开的多频圆极化层叠式微带天线，通过采用多层贴片的耦合来达到多频和宽频带技术。申请号为200510123192.6的专利文件中公开的宽带宽波束微带天线单元，特征是采用小孔耦合与多层微带技术相结合，由四层长宽互相平行的矩形金属贴片之间夹三层介质层构成，采用多层来达到宽频带。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于毫米波段，可以降低单元间互耦，剖面低、体积小、结构简单的可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线。

本发明的目的是这样实现的：

包括地板、四层介质板、二个辐射贴片单元、二面金属墙壁、一个探针和一个矩形贴片；四层介质板上下呈层叠式分布，地板位于第一层介质板下，第一辐射贴片位于第二层介质板的上表面，第二辐射贴片位于第三层介质板的上表面；探针穿过地板和第一层介质板，探针的顶端圆面位于第一层介质板的上表面；矩形贴片位于第一层介质板的上表面；二面金属墙壁对称分布在天线辐射贴片长边的对立面；二个辐射贴片单元和地板均相互平行且三者的对称轴重合；探针与矩形贴片的长边相切，探针的中心到矩形贴片长边对称轴的距离和到矩形贴片短边对称轴的距离相等。

本发明还可以包括：

1、所述二个辐射贴片单元为正方形良导体片。

2、探针由良导体制成。

3、探针与矩形贴片的相切点到矩形贴片两短边的距离L和W以及矩形贴片的边长P和2P与探针的半径r满足关系式：2P-L=2r;L-(P+W)=2r;L=3P/2+r;W=P/2-r;L+W=2P。

4、探针的轴中心与矩形贴片的两边对称轴的距离d满足关系式：d=P/2+r=L-P=P-W。

5、所述的地板为良导体金属板。

6、二面金属墙壁是良导体墙壁，对称的分布在底层介质板上表面上的矩形贴片长边的对立面，且完全覆盖。

本发明通过采用探针与贴片相切这种临近耦合馈电方式来达到宽频带，通过采用高介电常数的覆盖层和耦合贴片来达到高增益的性能，通过采用金属墙壁来降低天线单元间的互耦。与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果：

（1）本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线具有在阵列中可以降低单元天线间的互耦、工作频带宽（仿真带宽为50GHz-73GHz）、增益高（工作频带内最大增益达10.6dBi，51-63GHz仿真增益在10dBi以上）等优点，单元天线完全满足毫米波段固态有源相控阵天线的要求。

（2）本发明宽带高增益探针与贴片相切层叠微带天线还具有馈电方式新颖，馈电结构为探针与贴片相切的简单的馈电型式的优点，由于这种优良的馈电结构使得天线产生至少3个相近的谐振频点，从而使得天线的频带很宽，增益达到很高。

（3）本发明宽带高增益探针与贴片相切层叠微带天线由于探针与贴片相切的新型馈电型式，这种相切的馈电结构在探针的固有感性基础上引入了容性，从而抵消了探针的固有感性，使得天线具有频带宽，高增益的特点。

（4）本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线还具有剖面低、馈电结构简单、易加工、成本较低的优点。

附图说明

图1为本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线的立体图。

图2为本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线的正面俯视图。

图3为本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线的探针与贴片相切馈电结构图。

图4为本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线的贴片正面俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的实际应用形式并不仅限于图示的实施例。

如图1和图2所示，一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线包括顶层介质板1、顶层贴片2、中上层介质板3、中层贴片4、中下层介质板5、矩形贴片6、馈电探针7、底层介质板8、两面金属墙壁9和接地板10。二个辐射贴片单元2和4均为正方形良导体片；矩形贴片6为矩形良导体片；两面金属墙壁9为良导体金属墙壁，对称的位于矩形贴片6的长边的对立面，且均匀的完全覆盖其对立面。

如图3所示，馈电探针7穿过金属接地板10和最底层介质板8，顶端圆面与矩形贴片6在同一个平面，且相切于矩形贴片6的长边；馈电探针7为良导体，其中心对称轴到矩形贴片6的长边的对称轴的距离和到矩形贴片6的短边对称轴的距离均为d；其中馈电探针7与矩形贴片6的相切点到矩形贴片6的两短边的距离L和W以及矩形贴片6的短边长度P和长边长度2P与馈电探针的半径r满足关系式：2P-L=2r;L-(P+W)=2r;L=3P/2+r;W=P/2-r;L+W=2P；馈电探针7的中心与矩形贴片6的两边对称轴的距离d满足关系式：d=P/2+r=L-P=P-W。

金属接地板10由良导体制成，其在馈电点位置开圆孔，以方便馈电同轴电缆的信号线可以穿过，从而和馈电探针7相连。地板10和馈电同轴电缆的地线相连。

本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线达到了如下工作参数：工作带宽50GHz—73GHz；最大增益达到10.6dBi；51-63GHz仿真增益在10dBi以上；在阵列中可以有效的降低单元间的耦合；馈电方式新颖，馈电结构简单；相切的馈电结构使得天线产生至少3个相近的谐振频点，如边长L产生一个频点，边长2P产生一个频点，边长(W+P)产生一个频点，由于2P=L+2r;L=(W+P)+2r，故三个频点很相近，从而使得天线的频带很宽，增益达到很高；同时相切的馈电结构在探针的固有感性基础上引入了容性，从而抵消了探针的固有感性，使得天线具有频带宽，增益高的特点；同时本发明一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线还具有剖面低、结构简单、易加工、成本较低的特点。

虽然本发明以较佳实施实例公开如上，但它们并不是用来限定发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可做各种变化和润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (3)

1.一种可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线，包括地板、四层介质板、二个辐射贴片单元、二面金属墙壁、一个探针和一个矩形贴片；四层介质板上下呈层叠式分布，地板位于第一层介质板下，第一辐射贴片位于第二层介质板的上表面，第二辐射贴片位于第三层介质板的上表面；其特征是：探针穿过地板和第一层介质板，探针的顶端圆面位于第一层介质板的上表面；矩形贴片位于第一层介质板的上表面；二面金属墙壁对称分布在天线辐射贴片长边的对立面；二个辐射贴片单元和地板均相互平行且三者的对称轴重合；探针与矩形贴片的长边相切，探针的中心到矩形贴片长边对称轴的距离和到矩形贴片短边对称轴的距离相等。

2.根据权利要求1所述的可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线，其特征是：探针与矩形贴片的相切点到矩形贴片两短边的距离L和W以及矩形贴片的边长P和2P与探针的半径r满足关系式：2P-L=2r;L-(P+W)=2r;L=3P/2+r;W=P/2-r;L+W=2P。

3.根据权利要求1或2所述的可降互耦探针与贴片相切馈电方式天线，其特征是：探针的轴中心与矩形贴片的两边对称轴的距离d满足关系式：d=P/2+r=L-P=P-W。

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