CN106450739A - 一种平面微带贴片阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平面微带贴片阵列天线，包括一列沿直线排列的辐射贴片组成的辐射贴片阵列，其中，该辐射贴片阵列的两侧设有相互对称的馈电网络；各辐射贴片两侧辐射边的中心位置开设有相互对称的馈电切口，且各馈电切口的中心馈电点分别与同侧的馈电网络连接。本发明可以解决现有平面微带贴片阵列天线的天线辐射图形不对称以及与射频前端电路差分连接时需要双端口转单端口的问题。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种平面微带贴片阵列天线。
背景技术
随着微波器件及微波系统技术的飞速发展，短距离雷达作为无线传感器，具有受天气影响小、作用距离适中等优点，在智能交通、汽车主动安全、汽车智能化自动驾驶、安防等领域已经获得大范围应用。
其中，雷达或微波通信系统的核心部件之一是天线，根据应用场合和系统需要，天线具有不同种类。比如，喇叭天线，其具有制作简单、增益高等优点，但同时具有成本高、体积大等明显缺点，并且难以与射频前端电路集成在一起。对此，基于传统的PCB制作工艺、可低成本大批量制作生产、易于与射频前端电路集成的平面微带贴片阵列天线，在短距离无线传感雷达系统中应用越来越广泛。
最为常见的平面微带贴片阵列天线是采用串行馈电(简称串馈)的矩形辐射贴片阵列天线。在串馈阵列天线中，又有两种基本类型：第一种是辐射贴片既作为阵列天线单元，又作为串行传输馈电网络的一部分，即，辐射贴片和馈电网络不能分离，因而在进行整个天线设计时，比较复杂。第二种如图1所示，辐射贴片1′与馈电网络2′分离，可独立设计辐射贴片1′和馈电网络2′，馈电网络2′按照一定的设计规则，引出功率分支和辐射贴片1′相连，一般所有辐射贴片1′都是相同的，各辐射贴片1′的同一侧幅射边的中心位置开设有一馈电切口11′(见图2)，采用中心插入式(即馈电网络2′的功率分支线插入馈电切口11′中与其中心馈电点连接)进行馈电。
虽然上述第二种天线中的辐射贴片1′与馈电网络2′可独立进行设计，与第一种天线相比设计更为简单。但由于馈电网络2′和馈电点仅位于辐射贴片阵列的单侧，因此，天线辐射图形不是中心对称的，而是会往一个方向产生偏移。
另外，随着集成电路技术和微波电子技术的发展，作为无线传感器的短距离雷达的工作频率也越来越高，比如目前的24GHz、77GHz，甚至未来的124GHz。为了解决高频工作条件下的噪声、ESD保护等问题，射频前端电路3′大量采用全差分电路和差分输出端口。然而如图1所示，传统的平面贴片阵列天线基本都是单端端口(即O点)，因此，为了实现差分输出的射频前端电路3′与天线单端端口O的连接，通常需要引入环行器4′等进行差分转单端的变换，具体方案如图1，来自射频前端电路3′的差分信号经A、B端口进入环形器4′，经环形器4′变换为单端信号，再通过由传输线21′和微带线22′构成的馈电网络2′，与各辐射贴片1′相连。然而，环行器4′等类似器件不但影响信号的性能，而且存在固定的3dB插损，因而会带来不利影响。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型的平面微带贴片阵列天线，以解决现有平面微带贴片阵列天线的天线辐射图形不对称以及与射频前端电路差分连接时需要双端口转单端口的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种平面微带贴片阵列天线，包括一列沿直线排列的辐射贴片组成的幅射贴片阵列，其中，
该辐射贴片阵列的两侧设有相互对称的馈电网络；
各辐射贴片两侧辐射边的中心位置开设有相互对称的馈电切口，且各馈电切口的中心馈电点分别与同侧的馈电网络连接。
进一步地，所述辐射贴片和馈电网络设置在一PCB板的同一表面上。
进一步地，所述馈电网络包括若干通过传输线连接的微带线。
优选地，所述辐射贴片呈矩形。
优选地，所述辐射贴片的数量为偶数个，所微带线的数量为偶数个。
优选地，所述辐射贴片等距离间隔设置。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
(1)由于辐射贴片的结构是对称的，且辐射贴片阵列的两侧布置有相互对称的馈电网络，因此天线的辐射图形必定对称。
(2)由于各辐射贴片的两个馈电切口是对称的，因此馈电信号相位差为180°，即，各辐射贴片两侧的中心馈电点输出的信号为差分信号，因而可直接与射频前端电路差分连接，克服了采用环形器等双端口转单端口器件带来的缺陷。
附图说明
图1为传统平面微带贴片阵列天线的结构示意图；
图2为图1中的辐射贴片的结构示意图；
图3为本发明的平面微带贴片阵列天线的结构示意图；
图4为图3中的辐射贴片的结构示意图；
图5为本发明的平面微带贴片阵列天线与前端射频电路差分连接的连接示意图；
图6为本发明的平面微带贴片阵列天线与前端射频电路单端连接的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明的具体实施方式，以详细阐述本发明的功能、特点。
本发明的平面微带贴片阵列天线如图3所示，包括一列(一般取偶数个)沿直线等距离间隔排列的矩形辐射贴片1组成的辐射贴片阵列。与图1中结构不同的是，辐射贴片阵列的两侧设有相互对称的馈电网络2，各馈电网络2由多个(一般取偶数个)通过传输线21相连的微带线22组成；此外，各辐射贴片1两侧辐射边的中心位置开设有相互对称的馈电切口11(见图4)，各馈电切口11的中心馈电点分别与同侧的馈电网络2插入式连接。其中，辐射贴片阵列和馈电网络2设置在一PCB板的同一表面上。
本发明的原理如下：由于各辐射贴片1的两个馈电切口11是对称的，因此馈电信号相位差为180°，即，各辐射贴片1两侧的中心馈电点输出的信号为差分信号。当多个这样的辐射贴片1构成阵列天线时，需要对称的两个馈电网络2，且各辐射贴片1两侧的中心馈电点分别与对应侧的馈电网络2连接，从而，整个阵列天线形成为对称的差分结构。
当本发明的阵列天线需要与射频前端电路3差分连接时，如图5所示，将两个馈电网络2的中点P、Q作为差分连接端口，通过等长的连接线与射频前端电路3差分连接即可。当需要与射频前端电路3单端连接时，如图6所示，可在其中一侧馈电网络2的差分连接端口连接二分之一波长(本发明中的波长均指天线工作谐振频率的波长)的延迟线，再通过该延迟线与另一侧馈电网络2的差分连接端口连接(即连接点M到点P、Q之间的连接线长度相差二分之一波长)，连接点即作为阵列天线的单端连接端口与射频前端电路3单端连接。
本发明的平面微带贴片阵列天线采用如下步骤制成：
(1)根据雷达系统的工作频率及PCB板材参数，确定阵列天线工作信号的波长，并根据该波长确定辐射贴片1的几何尺寸。一般贴片长度(长度是指沿信号馈入方向的尺寸)是二分之一波长，贴片宽度(宽度是指与信号馈入方向垂直方向的尺寸)可以选1.5倍贴片长度，实际尺寸会通过三维电磁场仿真优化确定。
(2)为了调整辐射贴片1的输入阻抗，在辐射贴片1两侧辐射边的中心位置对称地各开一馈电切口11，通过适当地调整馈电切口11的深度和宽度参数，将辐射贴片1的输入阻抗调整到所需的数值，比如100Ω。
(3)根据阵列天线的阵元(即辐射贴片1)数要求及各阵元辐射激励功率的锥削分布要求(锥削是指从天线中间往两边，通过馈电网络2传送到每个辐射贴片1的信号功率是逐步递减的)，即从馈电输入点逐级地设计馈电网络2(主要设计传输线21的阻抗以及四分之一波长阻抗变换微带，使馈电网络2功分输入到各辐射贴片1的微带线22特征阻抗与步骤(2)中设计的辐射贴片1输入阻抗相同，比如100Ω。
(4)将各辐射贴片1两侧馈电切口11的中心馈电点与同侧的馈电网络2连接，即构成可以差分连接的平面贴片线型阵列天线。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (6)
1.一种平面微带贴片阵列天线，包括一列沿直线排列的辐射贴片组成的幅射贴片阵列，其特征在于，
该辐射贴片阵列的两侧设有相互对称的馈电网络；
各辐射贴片两侧辐射边的中心位置开设有相互对称的馈电切口，且各馈电切口的中心馈电点分别与同侧的馈电网络连接。
2.根据权利要求1所述的平面微带贴片阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片和馈电网络设置在一PCB板的同一表面上。
3.根据权利要求1所述的平面微带贴片阵列天线，其特征在于，所述馈电网络包括若干通过传输线连接的微带线。
4.根据权利要求1所述的平面微带贴片阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片呈矩形。
5.根据权利要求1所述的平面微带贴片阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片的数量为偶数个，所微带线的数量为偶数个。
6.根据权利要求1所述的平面微带贴片阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片等距离间隔设置。
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