CN104300228A - 一种l波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线 - Google Patents
一种l波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线，其特征在于：包括金属反射板(1)，微带线(2)给接地金属板上的缝隙(3)馈电，寄生贴片(4)，以及介质板(5)和(6)，整个微带贴片天线结构紧凑简单，易于加工。现在大多数的询问天线都是工作在L波段的微带天线，本发明也工作在L波段内，通过调整缝隙和贴片的尺寸及相对位置关系，实现了良好的工作带宽，单元组成阵列，通过对和差馈电网络的设计，使最终阵列天线的副瓣电平、差方向图零深等指标达到很好的效果，使其成为理想的询问天线。
Description
技术领域
本发明属于天线工程技术领域，具体来说是一种L波段询问天线。
背景技术
随着火箭、人造卫星和宇航技术的发展，对跟踪雷达的跟踪速度、跟踪精度、跟踪距离抗干扰能力都提出了更高的要求。由于圆锥扫描天线体制采用的是顺序比较波瓣法，这种体制必须在馈源绕天线轴旋转一周后才能判明目标的方向，限制了跟踪速度；在波束扫描过程中，目标运动状态的变化引起回波信号幅度的起伏，给误差信号附加上一个调幅干扰，也降低了角跟踪精度。而单脉冲体制采用同时比较波瓣法，获取误差信号迅速，跟踪速度快；误差信号只与接收到得几个波束的回波脉冲幅度的相对值有关，不存在目标起伏干扰。目前单脉冲体制已经逐步取代了圆锥扫描体制而获得广泛的应用，现在的询问天线大多都采用单脉冲工作体制。
微带天线是在带有接地导体板的介质基片上贴有导体薄片而形成的天线。它可采用微带线或同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并在贴片上激励起谐振电流分布向外辐射。通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，因而它具有低剖面的特点。
微带天线具有以下优点：结构简单，易于制作和生产；剖面薄，体积小，重量轻；具有平面结构，易于与导弹、卫星等载体表面共形，对载体的气动特性影响很小；便于获得圆极化；能与有源器件和电路集成为单一的模块。
发明内容
现在大多数的询问天线都是工作在L波段的微带天线，但是在移动通信爆发式发展的今天，层出不穷的各种通信方式占据电磁频谱当中一定的频段，为了获得较宽的工作带宽。一般的微带贴片天线工作带宽较窄，难以满足设计要求。微带行波天线随工作频率的变化波束指向也会改变，在这里不适用。缝隙耦合的微带天线工作带宽较宽，波束指向稳定，在这里比较适合。所以选择缝隙耦合的微带贴片天线作为设计阵列天线单元。
本发明所设计的微带贴片询问天线工作在L波段内，工作带宽要求较高。单元组阵，并结合矩形电桥的馈电网络，不仅实现了带宽展宽，而且节约了空间，结构紧凑，易于加工，使得本发明具有很高的市场潜力。
附图说明：
图1为本发明-L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线的前视三维图
图2为本发明--L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线的三视图
图3为本发明--L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线驻波系数VSWR
图4为本发明在直角坐标系下的方位面(H面)和俯仰面(E面)方向图
图5为本发明组成的6元直线阵的和差馈电网络拓扑结构图
图6为本发明组成的6元直线阵的前视三维图
图7为本发明组成的6元直线阵的和差端口的驻波系数
图8为图6在直角坐标系下的方位面方向图
图9为图6在直角坐标系下的俯仰面方向图
具体实施方案
图1和2描述了本发明的具体实施方案。依图1和2所示，本天线阵的单元天线包括金属反射板(1)，微带线(2)给接地金属板(7)上的缝隙(3)馈电，寄生贴片(4)，以及介质板(5)和(6)。
微带贴片天线的两介质板的尺寸为280mm×280mm×1mm3，接地金属板和金属反射板的尺寸为280mm×280mm2。用于馈电的微带线的尺寸为158.98mm×4.1mm2，缝隙的尺寸为110.9mm×3.79mm2，寄生贴片的尺寸为112.34mm×104.1mm2。本发明采用微带线馈电的方式给微带贴片天线馈电，由于是缝隙辐射，而且要求天线只是单向辐射，所以在接地金属板后面加一个反射用的金属板，保证天线单向辐射的特性，为了展宽带宽，我们采用添加寄生贴片的方法，由该单元组阵为了获得较好的效果，对天线单元的尺寸可以做稍微的改动，同时可以对阵列天线的和差馈电网络进行改进分析，和差馈电网络拓扑结构图如图5所示。
图6表示的是由本发明组成的直线阵，单元数N＝6，单元间距d＝0.715λ，λ为自用空间波长，激励分布用切比雪夫综合法得到，如下表1所示，
表1归一化电流分布
| 单元序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 电流分布 | 0.39 | 0.73 | 1 | 1 | 0.73 | 0.39 |
本发明L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线工作原理如下：
因为微带贴片天线单元是线极化，所以该单元组成的阵列也是线极化，通过调节寄生贴片和缝隙的尺寸以及两者的相对位置关系，可以实现工作带宽的展宽，对于该单元组成的阵列天线，组成阵列的单元间距应满足栅瓣抑制条件，当单元数为偶数时，要获得阵列的和方向图时，要求各单元激励相位相同；而要获得差方向图，要求激阵列左右两半激励相位相差180°。和差馈电网络包括四个威尔金森功分器和一个环形电桥，环形电桥采用矩形结构，这在一定程度上，节约了空间，对环形电桥和差馈电端口，采用同轴馈电来实现相应的馈电要求。
我们采用了Ansoft公司的HFSS三维电磁仿真软件对本发明进行了仿真。
图3是关于该天线的驻波系数(VSWR)曲线图。由图上可以看到，在需要的频带范围内，天线的驻波系数都小于1.4，最低值接近1.2。
图4是绘制于直角坐标系下的天线的方位面(H面)及俯仰面(E面)方向图，其中俯仰面面是方位面面是我们选取了中心频率这个频点进行考察。可以发现本发明的增益达到了9dB以上。
图7是阵列天线中和差馈电网络的和激励端口河差激励端口的驻波系数曲线，由图上可以看出，在需要的频带范围内天线的驻波系数都小于1.8。
图8表示微带贴片天线阵列的方位面方向图。在低频时，阵列的增益为15.12dB，方位面半功率波瓣宽度约为14.82°，副瓣小于-19.22dB，差波束的两个主瓣电平几乎相等(仅差约0.1dB)，零深(相对于和波束最大增益)为-31.64dB，在主瓣外和、差波束无穿刺问题，而且，在工作带宽内方向图无畸变；在中频时，阵列的增益为15.57dB，方位面半功率波瓣宽度约为14.01°，副瓣小于-17.97dB，差波束的两个主瓣电平几乎相等(仅差约0.02dB)，零深(相对于和波束最大增益)为-36.08dB，在主瓣外和、差波束无穿刺问题，而且，在工作带宽内方向图无畸变；在高频时，阵列的增益为16.01dB，方位面半功率波瓣宽度约为13.25°，副瓣小于-17.16dB，差波束的两个主瓣电平几乎相等(仅差约0.45dB)，零深(相对于和波束最大增益)为-33.20dB，在主瓣外和、差波束无穿刺问题，而且，在工作带宽内方向图无畸变。
图9表示微带贴片天线阵列的俯仰面方向图，无副瓣。在工作带宽内，俯仰面方向图基本不变。
本发明组成的阵列天线，天线各项指标较好，而且结构紧凑，易于加工且具有高度可设计性，因此有着很强的实用性和竞争力。
以上是向熟悉本发明领域的工程技术人员提供的对本发明及其实施方案的描述，这些描述应被视为是说明性的，而非限定性的。工程技术人员可据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以据以上所述对实施方案做一系列的变更。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (5)
1.一种L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线，其特征在于：包括金属反射板(1)，微带线(2)给接地金属板(7)上的缝隙(3)馈电，寄生贴片(4)，以及介质板(5)和(6)，整个微带贴片天线结构紧凑简单，易于加工。
2.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线，金属反射板的作用是让微带贴片天线单向辐射。
3.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线，带宽的展宽可以通过添加寄生贴片(4)来实现，寄生贴片(4)位于缝隙(3)前向-20mm处。
4.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线，通过调节缝隙(3)的尺寸和贴片(4)的尺寸以及其相对位置，可以得到良好的工作带宽。
5.根据权利要求1所述的一种L波段微带馈电缝隙辐射的线极化微带贴片天线，通过微带线(2)给微带贴片天线馈电。
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|---|---|---|---|---|
| CN107645066A (zh) * | 2017-08-03 | 2018-01-30 | 东莞市云通通讯科技有限公司 | 提高副瓣抑制的通信基站天线 |
| CN110488094A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-22 | 西安电子科技大学 | 微带贴片天线制造公差对电性能影响的区间分析方法 |
| WO2022141661A1 (zh) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | 网络通信与安全紫金山实验室 | 缝隙阵列天线 |
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