CN106785465A - 一种宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线，包括介质基板，馈电微带线，辐射缝隙，金属背腔，同轴连接器，其中金属背腔采用矮腔结构，腔体内壁高度为λ0/10；介质基板的下金属层刻蚀有辐射缝隙，上金属层刻蚀有馈电的微带线；馈电微带线垂直偏置在辐射缝隙的一侧；介质基板插入同轴连接器的卡槽中，通过同轴连接器的凸台和腔壁矩形安装台阶定位，再用螺钉固定安装在金属背腔上。本发明的金属背腔的高度为λ0/10，直接安装于介质基板的下方，具有低剖面、结构简单、易于加工的特点；采用共背腔的设计，在满足天线阵的宽带性能同时，降低阵列背腔的加工难度，减少了背腔的重量，实现宽带背腔微带缝隙阵列天线的一体化设计。

Description

一种宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线
技术领域
本发明属于雷达天线领域，特别涉及一种宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线，。
背景技术
随着微带天线技术的发展与应用，为了满足通信和移动电子设备的宽带化和小型化的要求，微带缝隙天线得到了越来越多的关注。典型的微带缝隙天线是由微带传输线激励介质基板接地面上的缝隙，被激励的能量在缝隙上谐振从而形成辐射，这类天线具有结构简单，剖面低等优点。一般而言，这类简单的微带缝隙天线-10dB回波损耗带宽通常小于10％，相对工作带宽较窄，并且对馈电微带线和缝隙的相对位置较为敏感，由于双向辐射造成天线增益降低，限制了其在宽带射频系统中的应用。
在传统的微带缝隙天线一侧加载金属背腔，可组成背腔微带缝隙天线，这样可以有效增加工作带宽，抑制双向辐射，提高天线增益。Georgh J.Monser等人在《Cavitybacked slot antenna》中设计了一种工作在UHF频段、具有8倍频程工作带宽的微带馈电T形辐射缝隙，该天线加载深度为λ0/4的矩形背腔，存在体积过大的问题。E.Rammos发表文献《New Wideband High-Gain Stripline Planar Array for 12GHz Satellite Tv》，设计了一种X波段圆柱形背腔的4×4背腔微带缝隙天线阵列，回波损耗带宽达16.7％，具有背腔深度较小，有利于天线集成的优点，但其工作带宽仍然相对较窄；且阵元尺寸过大，严重影响阵列扫描。在《Cavity-backed wide slot antenna》中，J.Hirokawa等人设计了一种宽带背腔微带缝隙天线其-10dB回波损耗带宽达到35％，但是其采用的是长宽比为10:3的矩形宽缝作为基本辐射结构，导致天线表面尺寸较大。
本发明提出的宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线，满足了天线阵的宽带性能同时，有效降低天线的剖面高度，降低阵列背腔的加工难度，减少了背腔的重量，实现宽带背腔微带缝隙阵列天线的一体化设计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有微带缝隙背腔阵列天线在兼顾宽频带和低剖面两方面的不足，提供一种宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线，具有宽频带、低剖面、尺寸小、重量轻、结构简单、易于加工的优点。
本发明提出的宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线，包括介质基板，馈电微带线，辐射缝隙，金属背腔，同轴连接器；金属背腔采用矮腔结构，腔体内壁高度为λ0/10；并且腔壁留有螺钉安装孔用于将介质基板的固定在金属背腔上部，在腔壁的外边缘留有矩形台阶用于同轴连接器的安装；介质基板和金属背腔的几何中心重合，介质基板通过金属背腔腔壁上的螺钉紧密固定在金属背腔上方；介质基板的上、下两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层，其中下金属层刻蚀有辐射缝隙，上金属层刻蚀有馈电的微带线；馈电微带线垂直于辐射缝隙，且偏置在辐射缝隙的一侧；微带线一端为开路状态，另一端位于介质基板的边缘；介质基板插入同轴连接器的卡槽中，卡槽高度与介质基板厚度相等，同轴连接器的内导体与馈电微带线焊接，通过同轴连接器的凸台和腔壁矩形安装台阶定位，再用螺钉固定安装在金属背腔上。
本发明中辐射缝隙的形状、尺寸，微带线的长度和偏置位置以及金属背腔的尺寸，均需对宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线性能的仿真优化来确定。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性突出特点和显著优点：金属背腔的高度为λ0/10，直接安装于介质基板的下方，具有低剖面、结构简单、易于加工的特点；背腔微带缝隙阵列天线采用共背腔的设计，在满足天线阵的宽带性能同时，降低阵列背腔的加工难度，减少了背腔的重量，实现宽带背腔微带缝隙阵列天线的一体化设计。
附图说明
图1为本发明天线外观示意图。其中1-金属背腔，2-介质基板，3-馈电微带线，4-同轴连接器，5-螺钉安装孔。
图2为本发明天线介质基板结构示意图。其中6-辐射缝隙。
图3为本发明天线金属背腔结构示意图。其中7-矩形台阶。
图4为本发明一实施例的天线同轴连接器结构正视图。
图5为本发明一实施例的天线同轴连接器结构侧视图。
图6为本发明一实施例的阵中天线单元回波系数仿真曲线。
图7为本发明一实施例在中心频率E面仿真辐射方向图。
图8为本发明一实施例在中心频率H面仿真辐射方向图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例一如附图所示，一种三单元L波段宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线，假定中心频点f0为1.1GHz，工作频带为0.95GHz～1.25GHz.。介质基板2的介电常数10.2，长为570毫米，宽为120毫米，厚度为0.508毫米，介质基板2上、下两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层，下金属层刻蚀有长条矩形辐射缝隙6，上金属层刻蚀有馈电微带线3。辐射缝隙6的长度为150毫米，宽度为10.5毫米，中间单元辐射缝隙6的对称中心与介质基板1的对称中心重合，左右相邻单元的辐射缝隙与中间单元的辐射缝隙相距180毫米。馈电微带线3的长度为74.73毫米，宽度为1.56毫米，中间单元的馈电微带线3偏置于辐射缝隙6的一侧，馈电微带线3的短边对称轴线与辐射缝隙6的对称中心距离为59.2毫米，并与辐射缝隙6短边的对称轴线垂直，左右相邻单元的馈电微带线与中间单元的馈电微带线相距180毫米。金属背腔1安装于介质基板2的下方，采用矮腔结构，腔体内壁高度为λ0/10。金属背腔1外侧腔壁长为570毫米，宽为120毫米，高为35毫米；内侧腔壁长为538.40毫米，宽为89.60毫米，高为27.30毫米。腔壁留有直径为2毫米、间隔为26毫米的螺钉安装孔5用于将介质基板2固定在金属背腔1上部，在腔壁的外边缘留有矩形台阶7用于同轴连接器4的安装。同轴连接器4的安装凸台长为12.7毫米，宽为5毫米，高为1.5毫米，安装法兰上的定位螺钉安装孔间距为8.6毫米，直径为2毫米。介质基板2插入同轴连接器4的卡槽中，卡槽高度与介质基板2厚度相等，同轴连接器4的内导体与馈电微带线3焊接，同轴连接器4的凸台安装在金属背腔1腔壁上的矩形安装台阶7，并通过定位螺钉固定安装在金属背腔侧壁上。
图5为本具体实施三单元L波段宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线的阵中天线单元回波系数仿真曲线。由图5可知，天线的工作VSWR<2.5的频带为0.95GHz～1.25GH，工作带宽达到27％。
图6和图7为本具体实施三单元L波段宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线在中心频点1.1GHz的E面和H面仿真方向图，可以发现，该天线在满足宽频带和低剖面的同时，具有稳定的定向辐射特性。

Claims (1)

1.一种宽带低剖面共背腔微带缝隙阵列天线，包括介质基板，馈电微带线，辐射缝隙，金属背腔，同轴连接器，其特征在于：金属背腔采用矮腔结构，腔体内壁高度为中心频率波长的十分之一；介质基板的上、下两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层，其中下金属层刻蚀有辐射缝隙，上金属层刻蚀有馈电的微带线；馈电微带线垂直于辐射缝隙，且偏置在辐射缝隙的一侧；微带线一端为开路状态，另一端位于介质基板的边缘；介质基板插入同轴连接器的卡槽中，卡槽高度与介质基板厚度相等，同轴连接器的内导体与馈电微带线焊接，通过同轴连接器的凸台和腔壁矩形安装台阶定位，再用螺钉固定安装在金属背腔上。
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