CN107959107A - 一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线 - Google Patents

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张祖存
李汉林
许露
吴素云
李哲
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Abstract

本发明提出一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，从后向前依次为同轴连接器、厚基片带状线、薄基片带状线和薄基片带状线天线；厚基片带状线由四层基片压接而成，从下到上的顺序依次为第1层基片、第2层基片、第3层基片和第4层基片；薄基片带状线和薄基片带状线天线由第2层基片和第3层基片构成；厚基片带状线的宽传输线位于第2层基片的上表面；薄基片带状线的窄传输线位于第2层基片的上表面，在第1层基片和第4层基片的侧边设置有金属包边。本发明解决了毫米薄基片带状线天线馈电结构无法工程实现或在实现过程中其性能会严重恶化的难题。

Description

一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线
技术领域
本发明涉及一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，尤其是一种同轴馈电的厚薄带状线转换结构。
背景技术
微带天线因其体积小、重量轻、低剖面、可共形等优点在雷达和通信等领域得到了广泛的应用。微带天线的传输线通常有如下几种：微带线、带状线和共面波导。带状线为两层基片中间压接一层印制传输线，由于其封闭结构，与微带线相比，可以降低互耦，并具有较小的辐射损耗。同轴连接器为微带天线常用的馈电方式，对于带状线结构形式的微带天线，其常用的同轴馈电方式如下：同轴探针搭接到位于下层基片上表面的印制传输线的输入端，并通过结构件压紧上层基片，从而将探针压紧固定。受结构工艺及强度限制，工程上能够应用的同轴探针必须有一定的厚度。在较低的频段，通常选择较厚的基片作为天线基板，由于工程上应用的同轴探针的厚度与较厚的基片相比较薄，该同轴馈电方式带来的不连续性影响较小，因此可以具有良好的性能。
对于较高频段的毫米波天线，为降低表面波对天线辐射性能的影响和改善阵元之间的互耦，通常只能选择薄基片作为天线基板。此时，工程上可应用的同轴探针的厚度与薄基片带状线的厚度相接近，在较低频段采用的同轴馈电结构存在如下问题：上层薄基片无法实现压接或压接时带来很大的不连续性，从而导致性能严重恶化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，解决了毫米薄基片带状线天线馈电结构无法工程实现或在实现过程中其性能会严重恶化的难题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，该天线由四段组成，从后向前依次为同轴连接器、厚基片带状线、薄基片带状线和薄基片带状线天线。同轴连接器由穿墙器、底座和探针组成；厚基片带状线由四层基片压接而成，从下到上的顺序依次为第1层基片、第2层基片、第3层基片和第4层基片；薄基片带状线和薄基片带状线天线由第2层基片和第3层基片构成。厚基片带状线的宽传输线位于第2层基片的上表面，其下表面地和上表面地分别位于第1层基片的下表面和第4层基片的上表面。薄基片带状线的窄传输线位于第2层基片的上表面，其下表面地和上表面地分别位于第2层基片的下表面和第3层基片的上表面。
在厚基片带状线的第3层基片的输入端口加工有和同轴连接器探针结构相匹配的卡槽，探针装配到卡槽中后，通过结构件压紧其上层的第4层基片将其压紧固定。通过将厚基片带状线2的宽传输线变换为薄基片带状线的窄传输线从而实现不同厚度带状线转换的阻抗匹配。此外，为控制和减小转换处的能量泄漏，在厚基片带状线的第1层基片和第8层基片的侧边增加了金属包边。在薄基片带状线的后端可接多种形式的薄基片带状线天线。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)解决了毫米薄基片带状线天线馈电结构无法工程实现或在实现过程中其性能会严重恶化的难题；
(2)在厚基片带状线的最上层和最下层基片的侧边增加了金属包边，减小了厚薄带状线转换结构处的能量泄漏；
(3)由于厚基片带状线的基片厚度比薄基片带状线天线增加了两层，还在一定程度上增强了天线基片的机械结构强度和减小了天线基片的形变。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明同轴馈电厚薄转换带状线示意图；
图3为本发明同轴连接器示意图；
图4为本发明基片上的同轴探针卡槽示意图；
图5为本发明薄基片带状线天线示意图；
图6为本发明同轴馈电厚薄转换带状线驻波示意图；
图7为本发明同轴馈电厚薄转换带状线插损示意图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
如图1-5所示，一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，该天线由四段组成，从后向前依次为同轴连接器1、厚基片带状线2、薄基片带状线3和薄基片带状线天线4。同轴连接器1由穿墙器11、底座12和探针13组成；厚基片带状线2由四层基片压接而成，从下到上的顺序依次为第1层基片5、第2层基片6、第3层基片7和第4层基片8；薄基片带状线3和薄基片带状线天线4由第2层基片6和第3层基片7构成。厚基片带状线2的宽传输线21位于第2层基片6的上表面，其下表面地23和上表面地22分别位于第1层基片5的下表面和第4层基片8的上表面。薄基片带状线3的窄传输线31位于第2层基片6的上表面，其下表面地33和上表面地32分别位于第2层基片6的下表面和第3层基片7的上表面。
在厚基片带状线2的第3层基片7的输入端口加工有和同轴探针13结构相匹配的卡槽26，同轴探针13装配到卡槽26后，通过结构件(例如盖板等)压紧第4层基片8将其压紧固定。通过将厚基片带状线2的宽传输线21变换为薄基片带状线3的窄传输线31从而实现不同厚度带状线转换的阻抗匹配。此外，为控制和减小转换处的能量泄漏，在厚基片带状线2的第1层基片5的侧边25增加了金属包边，并在第4层基片8的侧边24也进行同样金属包边处理。
在薄基片带状线3的后端接有薄基片带状线天线4，该天线由第2层基片6和第3层基片7组成。薄基片带状线天线4的馈线41位于第2层基片6的上表面，其上表面辐射结构43位于第3层基片7的上表面，下表面辐射结构42位于第2层基片6的下表面。
结合附图6和图7，通过设计合理的结构尺寸，本发明的同轴馈电厚薄转换带状线结构可以在26.5至40GHz的整个Ka频段都具有良好的驻波和较低转换损耗，其中驻波优于1.5，损耗小于0.5dB。
本发明为减小厚薄带状线转换结构处的能量泄漏，在厚基片带状线的最上层和最下层基片的侧边增加了金属包边。此外，由于厚基片带状线的基片厚度比薄基片带状线天线增加了两层，还在一定程度上增强了天线基片的机械结构强度和减小了天线基片的形变。

Claims (3)

1.一种基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，其特征在于，从后向前依次为同轴连接器(1)、厚基片带状线(2)、薄基片带状线(3)和薄基片带状线天线(4)；
厚基片带状线(2)由四层基片压接而成，从下至上依次为第1层基片(5)、第2层基片(6)、第3层基片(7)和第4层基片(8)；
薄基片带状线(3)和薄基片带状线天线(4)由第2层基片(6)和第3层基片(7)构成；
厚基片带状线(2)的宽传输线(21)位于第2层基片(6)的上表面，厚基片带状线(2)的下表面地(23)和上表面地(22)分别位于第1层基片(5)的下表面和第4层基片(8)的上表面；
薄基片带状线(3)的窄传输线(31)位于第2层基片(6)的上表面，薄基片带状线(3)的下表面地(33)和上表面地(32)分别位于第2层基片(6)的下表面和第3层基片(7)的上表面；
在转换中，厚基片带状线(2)的宽传输线(21)变换为薄基片带状线(3)的窄传输线(31)。
2.如权利要求1所述的基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，其特征在于，厚基片带状线(2)的第1层基片(5)的侧边(25)设置有金属包边，第4层基片(8)的侧边(24)设置有金属包边。
3.如权利要求1所述的基于厚薄带状线转换的同轴馈电毫米波天线，其特征在于，在厚基片带状线(2)的第3层基片(7)的输入端口设置有与同轴连接器(1)的探针(13)结构相匹配的卡槽(26)，探针(13)装配到卡槽(26)后，通过结构件压紧其上层的第4层基片(8)以将其压紧固定。
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