CN105552577A - 一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线，包括介质基板，所述介质基板上表面形成微带结构，所述介质基板下表面形成地板，所述微带结构包括输入电磁信号的馈电端口、谐振器及贴片辐射单元，所述谐振器分别与馈电端口及贴片辐射单元耦合连接，所述谐振器具体为三个或五个，当谐振器为三个时，对应贴片辐射单元的个数为四个；当谐振器为五个时，对应贴片辐射单元的个数为八个，所述四个或八个贴片辐射单元成一排放置，本微带阵列天线易于加工制造，成本低，平面结构易于集成，适用于多种通信系统中。

Description

一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线
技术领域
本发明涉及一种微带天线，具体涉及一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线。
背景技术
天线在社会生活中的重要性与日俱增，在很多场合，我们需要具有低副瓣特性的天线。比如应用在地震灾害中的生命探测系统、远程医疗或探测敌方阵营隐蔽处的埋伏情况等，被测目标往往被障碍物遮挡而很难检测，系统必须具有很强的抗干扰能力，天线为减小杂波通过副瓣进入系统，必须具备低副瓣特性。
中国专利申请号为201120509188.4，专利名称为垂直极化定向印刷滤波天线，公开了一种微带滤波天线结构，其主要由两部分组成，即上部分的串馈微带贴片阵列和下部分的SIW(基片集成波导)滤波器，上下部分通过级联的方式连接。相比于一般串馈微带贴片阵列天线，该阵列天线不但具有良好的辐射特性，还具有良好的滤波特性。可是该天线副瓣电平较高，适用范围受限。
中国专利申请号为201510227236.3，专利名称为适于便携式气象卫星接收机的高增益低副瓣微带阵列天线，该专利申请公开了一种微带低副瓣天线结构，其具有12个微带辐射单元，采用切比雪夫综合法组阵除去四角的位置排列，馈电网络由不等分和等分T型功分网络结合的方式构成，该天线结构具有较高的增益和较低的副瓣，由于是平面结构，也易于加工制造。可是该天线结构不具有滤波特性，实际使用时需要级联滤波器，势必增大系统体积。
因此一款高性能的具有滤波效果的低副瓣阵列天线存在广阔的应用前景。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线。
本发明采用如下技术方案：
一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线，包括介质基板，所述介质基板上表面形成微带结构，所述介质基板下表面形成地板，所述微带结构包括输入电磁信号的馈电端口、谐振器及贴片辐射单元，所述谐振器分别与馈电端口及贴片辐射单元耦合连接，所述谐振器具体为三个或五个，当谐振器为三个时，对应贴片辐射单元的个数为四个；当谐振器为五个时，对应贴片辐射单元的个数为八个，所述四个或八个贴片辐射单元成一排放置。
当谐振器为三个时，包括第一、第二及第三谐振器，三个谐振器构成一分二功率分配网络，所述馈电端口与第一谐振器耦合连接，所述第一谐振器的两端分别与第二及第三谐振器耦合连接，所述第二及第三谐振器与四个贴片辐射单元构成两个一分二功率分配网络。
当谐振器为五个时，包括第一、第二、第三、第四及第五谐振器，所述馈电端口与第一谐振器耦合连接，所述第一谐振器的两端分别与第二、第三和第四及第五谐振器耦合连接，所述第二、第三、第四及第五谐振器与八个贴片辐射单元构成四个一分二功率分配网络。
三个谐振器构成的一分二功率分配网络为等分网络，而第二及第三谐振器与四个贴片辐射单元构成得两个一分二功率分配网络为不等分网络。
五个谐振器构成的一分四功率分配网络和第二、第三、第四及第五谐振器与八个贴片辐射单元构成的四个一分二功率分配网络都为不等分网络。
所述谐振器为枝节加载谐振器。
所述微带结构及地板均由金属箔形成。
本发明的有益效果：
(1)本微带阵列天线在不增加尺寸大小(级联滤波器)的前提下具有很好的滤波特性；
(2)本微带阵列天线具有较低的副瓣电平；
(3)本微带阵列天线易于加工制造，成本低，平面结构易于集成，适用于多种通信系统中。
附图说明
图1是本发明实施例1的竖截面剖视图；
图2是本发明实施例1的微带结构示意图；
图3是本发明实施例1的微带结构中一分四功分结构示意图；
图4是本发明实施例1的微带结构中一分二功分结构示意图；
图5是本发明实施例1的|S11|和增益仿真结果；
图6是本发明实施例1在中心频率处H面方向图仿真结果。
图7是本发明实施例2的微带结构示意图；
图8是本发明实施例2的|S11|和增益仿真结果；
图9是本发明实施例2在中心频率处H面方向图仿真结果。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1-图4所示，一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线，包括介质基板1，所述介质基板上表面金属箔形成的微带结构2，所述介质基板下表面金属箔形成的地板3，本实施例中，微带结构包括输入电磁信号的馈电端口211、谐振器221-225及贴片辐射单元231-238，所述谐振器包括第一、第二、第三、第四及第五谐振器221-225，所述馈电端口与第一谐振器221采用耦合的方式馈电，谐振器221-225构成一分四的功分馈电网络，通过控制第一谐振器221与第二至第五谐振器222-225的各自耦合强弱D1-D4继而实现等分或不等分功率分配。所述第一至第五谐振器221-225为枝节加载谐振器，其具体尺寸可以通过奇偶模法分析得出，所述贴片辐射单元231-238成一排放置。
五个谐振器构成的一分四功率分配网络和第二、第三、第四及第五谐振器与八个贴片辐射单元构成的四个一分二功率分配网络都为不等分网络。
第二至第五谐振器222-225与贴片辐射单元231-238组成四组一分二功率分配网络，以其中一组即第五谐振器225、贴片辐射单元237、238为例，通过控制贴片辐射单元与谐振器间的耦合强弱D5、D6继而实现等分或不等分功率分配，其他三组工作机制等同。整个天线构成一个三阶滤波器的等效电路，第一谐振器221为第一阶谐振器，第二至第五谐振器222-225为第二阶谐振器，贴片辐射单元231-238为第三阶谐振器，总的来说通过调节谐振器间的耦合达到具有良好滤波特性以及使贴片辐射单元具有均匀或不均匀幅度分布的效果，继而实现低副瓣的特性。
整个天线的工作方式是电磁信号从馈电端口211处输入，能量耦合到各个微带谐振器，再由微带谐振器耦合到贴片辐射单元，最后经由贴片辐射单元辐射出去，接收信号的方式则相反。
本实施例天线采用八单元、-20dB副瓣电平的道尔夫-切比雪夫幅度分布，单元间距约为0.35个波长，通过优化调整各个谐振器间的耦合强度，各辐射单元可以满足该种幅度分布。
图5是实施例天线的|S11|和增益仿真结果，该天线10dB反射损耗范围为3.45GHz到3.55GHz，相对带宽约为2.86％。天线工作范围内平均增益为10dBi左右，最大增益为10.8dBi。由图可见，天线具有增益平坦、高选择性、高带外抑制性等优点。
图6是实施例天线的中心频率处H面方向图仿真结果。由图可见，主极化的副瓣电平小于-20dB，交叉极化比大于25dB，天线具有低副瓣、高交叉极化比等优点。
实施例2
如图7所示，本实施例中谐振器为三个，包括第一谐振器221、第二谐振器222以及第三谐振器223，三个谐振器构成一分二功率分配网络，贴片辐射单元为四个，第一谐振器与馈电端口211耦合连接，第二及第三谐振器分别与四个贴片辐射单元231-234构成两个一分二功率分配网络，所述贴片辐射单元231-234成一排放置。
三个谐振器构成的一分二功率分配网络为等分网络，而第二及第三谐振器与四个贴片辐射单元构成得两个一分二功率分配网络为不等分网络。
其他与实施例1相同。
图8是实施例天线的|S11|和增益仿真结果，该天线10dB反射损耗范围和相对带宽与实施例1相当。天线工作范围内平均增益为8.5dBi左右，最大增益为8.9dBi。由图可见，该实施例天线仍具有增益平坦、高选择性、高带外抑制性等优点。
图9是实施例天线的中心频率处H面方向图仿真结果。由图可见，主极化的副瓣电平小于-16dB，交叉极化比大于18dB，天线仍具有低副瓣、高交叉极化比等优点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有滤波特性的低副瓣微带阵列天线，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板上表面形成微带结构，所述介质基板下表面形成地板，所述微带结构包括输入电磁信号的馈电端口、谐振器及贴片辐射单元，所述谐振器分别与馈电端口及贴片辐射单元耦合连接，所述谐振器具体为三个或五个，当谐振器为三个时，对应贴片辐射单元的个数为四个；当谐振器为五个时，对应贴片辐射单元的个数为八个，所述四个或八个贴片辐射单元成一排放置。
2.根据权利要求1所述的低副瓣微带阵列天线，其特征在于，当谐振器为三个时，包括第一、第二及第三谐振器，三个谐振器构成一分二功率分配网络，所述馈电端口与第一谐振器耦合连接，所述第一谐振器的两端分别与第二及第三谐振器耦合连接，所述第二及第三谐振器与四个贴片辐射单元构成两个一分二功率分配网络。
3.根据权利要求1所述的低副瓣微带阵列天线，其特征在于，当谐振器为五个时，包括第一、第二、第三、第四及第五谐振器，所述馈电端口与第一谐振器耦合连接，所述第一谐振器的两端分别与第二、第三和第四及第五谐振器耦合连接，所述第二、第三、第四及第五谐振器与八个贴片辐射单元构成四个一分二功率分配网络。
4.根据权利要求2所述的低副瓣微带阵列天线，其特征在于，三个谐振器构成的一分二功率分配网络为等分网络，而第二及第三谐振器与四个贴片辐射单元构成得两个一分二功率分配网络为不等分网络。
5.根据权利要求3所述的低副瓣微带阵列天线，其特征在于，五个谐振器构成的一分四功率分配网络和第二、第三、第四及第五谐振器与八个贴片辐射单元构成的四个一分二功率分配网络为不等分网络。
6.根据权利要求1-5任一项所述的低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述谐振器为枝节加载谐振器。
7.根据权利要求1所述的低副瓣微带阵列天线，其特征在于，所述微带结构及地板均由金属箔形成。
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