CN105789870A - 一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列 - Google Patents

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Abstract

一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列。涉及一种防撞雷达系统的宽带天线装置。为了解决宽带低副瓣微带天线阵列的工作频带窄、增益低的问题。本发明包括M×N个天线单元；每个天线单元包括地板层、主动辐射微带单元层和耦合辐射微带单元层；主动辐射微带单元层固定在地板层上；耦合辐射微带单元层悬浮于主动辐射微带单元层上方；主动辐射微带单元层包括下层基板和一号天线阵元；耦合辐射微带单元层包括上层基板和二号天线阵元；所述M×N个天线单元以微带线馈电的方式固定连接，最终以一个特性阻抗为50Ω的同轴线馈电。本发明的有益效果为重量轻、易于集成、高增益、低副瓣、小型化的特点。适用于各种场合下的防撞雷达系统中。

Description

一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列
技术领域
本发明涉及一种防撞雷达系统的宽带天线装置。
背景技术
随着无线通信技术的发展与无线产品的普及与应用，尤其是近年来超宽带无线通信技术的进步，促使人们对于宽带天线的研究更加的趋于大范围、小体积、高效率和便捷安装的要求。而在能够满足前述要求的诸多天线类型当中，微带天线因其低成本、重量轻、易于加工并且易于批量生产等优点，而得到人们的广泛关注，但传统的微带天线的单元工作频带覆盖频率低和增益小，无法满足人们的需求。在无线通信中，更常用的是一定数量的天线组成阵列。在天线的馈电网络与微带辐射元印刷在介质的同一层上时，两者之间的互耦大大的降低了天线的效率。组成微带天线阵列的工作频带覆盖的频率和增益仍然无法满足人们的需求。
发明内容
本发明的目的是为了解决宽带低副瓣微带天线阵列的工作频带窄、增益低的问题，提出一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列。
本发明所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列，它包括M×N个天线单元；M×N个天线单元构成M行、N列的矩形阵列；
每个天线单元包括地板层、主动辐射微带单元层和耦合辐射微带单元层；主动辐射微带单元层固定在地板层上；耦合辐射微带单元层悬浮于主动辐射微带单元层上方；
所述主动辐射微带单元层包括下层基板和一号天线阵元，一号天线阵元固定于下层基板内部；
所述耦合辐射微带单元层包括上层基板和二号天线阵元，二号天线阵元固定于上层基板内部；
所述M×N个天线单元以微带线馈电的方式固定连接，最终以一个特性阻抗为50Ω的同轴线馈电；
M和N均为正整数。
本发明的工作原理为通过M×N个天线单元实现防撞雷达系统的低副瓣微带天线的高增益特性，同时相较于传统的单层辐射微带单元层，引入了耦合辐射单元层，以实现增益的进一步提升；对于低副瓣特性，则通过微带线馈电的方式实现的。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列的仿真结果表明，天线单元的工作频带覆盖频率为：16.12GHz～19.25GHz，增益达5.6dBi以上，天线阵列的工作频带覆盖频率为：16.34GHz～18.05GHz，增益达18.3dBi以上，同时具有-18.5dB以下的低副瓣效果，同时具有剖面低、重量轻、易于集成、高增益、低副瓣、小型化的特点；能够广泛应用于各种场合下的防撞雷达系统中。
附图说明
图1为具体实施方式一中天线单元的结构示意图；
图2为具体实施方式一中天线单元的剖面图；
图3为具体实施方式一所述的一种用于防撞雷达系统的宽带副瓣微带天线阵列的主动辐射微带单元层结构示意图；
图4为具体实施方式一所述的一种用于防撞雷达系统的宽带副瓣微带天线阵列的耦合辐射微带单元层结构示意图；
图5为具体实施方式一中天线单元的|S11|仿真结果示意图；
图6为具体实施方式一所述的一种用于防撞雷达系统的宽带副瓣微带天线阵列的|S11|仿真结果示意图；
图7为具体实施方式二中天线单元的主动辐射微带单元层的结构示意图；
图8为具体实施方式三中天线单元的耦合辐射微带单元层的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于防撞雷达系统的宽带副瓣微带天线阵列，它包括M×N个天线单元；M×N个天线单元构成M行、N列的矩形阵列；
每个天线单元包括地板层1、主动辐射微带单元层和耦合辐射微带单元层；主动辐射微带单元层固定在地板层1上；耦合辐射微带单元层悬浮于主动辐射微带单元层上方；
所述主动辐射微带单元层包括下层基板2和一号天线阵元3，一号天线阵元3固定于下层基板2内部；
所述耦合辐射微带单元层包括上层基板4和二号天线阵元5，二号天线阵元5固定于上层基板4内部；
所述M×N个天线单元以微带线馈电的方式固定连接，最终以一个特性阻抗为50Ω的同轴线馈电；
M和N均为正整数。
图2中地板层1的厚度、下层基板2的厚度、上层基板4的厚度和下层基板2与上层基板的距离参数如表1所示；
所述下层基板2的介电常数为εr1，上层基板4的介电常数为εr2，其中，εr1＝4.4，εr2＝2.2。
图3中各单元纵向间距为8.6mm，公差为±0.05mm；横向间距为9.4mm，公差为±0.05mm，
图5和图6中用|S11|表示反射系数特性，一般通过网络分析仪来测试反射系数的dB值和阻抗特性。此参数表示天线的发射效率高低，值越大，表示天线本身反射回来的能量越大，这样天线的效率就越低。
本实施方式中所述的一种用于防撞雷达系统的宽带副瓣微带天线阵列的主要频点增益与副瓣电平的参数如表2所示；
表1地板层1的厚度h0、下层基板2的厚度h1、上层基板4的厚度h3和下层基板2与上层基板的距离h2参数说明
h0 h1 h2 h3
长度(单位：mm) 0.01 1.5 3 0.5
公差(单位：mm) ±0.01 ±0.05 ±0.1 ±0.025
表2主要频点增益与副瓣电平的参数说明
频率(GHz) 增益(dBi) 副瓣电平(E面)(dB) 副瓣电平(H面)(dB)
16.3 18.35 -31 -19
16.5 18.53 -36 -18.7
16.8 19.3 -37 -18.5
17 19.74 -32 -19
17.3 20.28 -19.2 -18.5
17.5 20.47 -19.2 -20
17.7 20.64 -20.8 -18.7
具体实施方式二：结合图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列进一步限定，在本实施方式中，一号天线阵元3包括一号贴片和二号贴片，所述一号贴片为矩形，并在该矩形的一侧开有矩形缺口，所述二号贴片也为矩形，二号贴片的一端固定在一号贴片的矩形缺口处。
图7中主动辐射微带单元层的结构参数如表3所示。
表3主动辐射微带单元层的结构参数说明
L W Wa Wb Wi La Lb Li
长度(单位：mm) 70.4 80.8 4.4 0.9 0.5 3.4 0.8 3.2
公差(单位：mm) ±0.5 ±0.5 ±0.05 ±0.02 ±0.02 ±0.05 ±0.5 ±0.1
其中，L为下层基板2的长度，W为下层基板2的宽度，La为一号贴片的长度，Wa为一号贴片的宽度，Li为二号贴片的长度，Wi为二号贴片的长度，Lb为一号贴片矩形缺口的长度，Wb为一号贴片矩形缺口的长度。
具体实施方式三：结合图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列进一步限定，在本实施方式中，二号天线阵元5为矩形贴片。
图8中耦合辐射微带单元层的结构参数如表4所示。
表4耦合辐射微带单元层的结构参数说明
Wc Lc Wp Lp
长度(单位：mm) 13.2 8.9 3 3
公差(单位：mm) ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1
其中，Lc为上层基板4的长度，Wc为上层基板4的宽度，Lp为二号天线阵元5的长度，Wp为二号天线阵元5的宽度。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二或三所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列进一步限定，在本实施方式中，它还包括微带功率分配器，微带功率分配器用于调节分配到M×N个天线单元的能量比例；天线单元的能量从同轴馈电端馈入分配到各个天线单元，采用的是不均匀馈电形式，能够实现整体天线阵列的强定向辐射性，方向图的副瓣电平能达到-20dB以下。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列进一步限定，在本实施方式中，M＝8。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列进一步限定，在本实施方式中，N＝8。

Claims (6)

1.一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列，其特征在于，它包括M×N个天线单元；M×N个天线单元构成M行、N列的矩形阵列；
每个天线单元包括地板层(1)、主动辐射微带单元层和耦合辐射微带单元层；主动辐射微带单元层固定在地板层上(1)；耦合辐射微带单元层悬浮于主动辐射微带单元层上方；
所述主动辐射微带单元层包括下层基板(2)和一号天线阵元(3)，一号天线阵元(3)固定于下层基板(2)内部；
所述耦合辐射微带单元层包括上层基板(4)和二号天线阵元(5)，二号天线阵元(5)固定于上层基板(4)内部；
所述M×N个天线单元以微带线馈电的方式固定连接，最终以一个特性阻抗为50Ω的同轴线馈电；
M和N均为正整数。
2.根据权利要求1所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列，其特征在于，一号天线阵元(3)包括一号贴片和二号贴片，所述一号贴片为矩形，并在该矩形的一侧开有矩形缺口，所述二号贴片也为矩形，二号贴片的一端固定在一号贴片的矩形缺口处。
3.根据权利要求1所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列，其特征在于，二号天线阵元(5)为矩形贴片。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列，其特征在于，它还包括微带功率分配器，微带功率分配器用于调节分配到M×N个天线单元的能量比例。
5.根据权利要求1所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列，其特征在于，M＝8。
6.根据权利要求1所述的一种用于防撞雷达系统的宽带低副瓣微带天线阵列，其特征在于，N＝8。
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