CN108023175B - 小型化圆柱共形微带阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型化圆柱共形微带阵列天线，包括金属圆柱共形体(1)、矩形介质基板(2)和满贴于所述介质基板(2)下表面的金属反射接地层(3)，所述介质基板(2)和金属反射接地层(3)的长度方向与圆柱共形体(1)轴向平行，宽度方向沿圆柱共形体(1)周向弯曲共形于所述金属圆柱共形体(1)外表面；在所述介质基板(2)上表面沿长度方向轴线依次设有金属匹配单元(4)、第一微带匹配线(51)、至少二个金属辐射单元(61、62)、第二微带匹配线(52)和馈电端口(7)。本发明的小型化圆柱共形微带阵列天线体积小、结构紧凑。

Description

小型化圆柱共形微带阵列天线

技术领域

本发明属于毫米波共形微带天线技术领域，特别是一种结构紧凑、体积小的小型化圆柱共形微带阵列天线。

背景技术

微带天线体积小，剖面低，易于与载体共形，而单个微带天线单元增益小，带宽窄，在实际应用中，往往对天线的增益、带宽、辐射方向等有具体的要求，因而进行阵列设计时很有必要的。共形阵列天线是指将阵列天线附着在载体的表面上并与载体贴合，形成一个非平面的共形阵列天线。微带共形阵列天线已经成为当前的研究热点之一，在雷达、通信和导弹上得到了越来越广泛的应用。

若共形天线要求天线方向图最大辐射方向与弹轴形成某一固定夹角，实现这一要求的一个较好途径就是设计成行波天线阵，通过调整阵列天线单元之间的间距即可实现天线方向图主瓣的角度偏转，同时天线的带宽也可以得到展宽。

所谓行波天线，即天线上的电流按行波分布。通常是利用导线末端接匹配负载来消除反射波而构成的，匹配负载可以尽量减少甚至是消除反射波，使得天线的电流按照行波天线的形式分布。为了减小天线能量的消耗和设计的难度，利用微带线的损耗来代替匹配负载。毫米波频段，每单位波长的微带线损耗可达到0.1dB至0.2dB，越长的微带线损耗越多，耦合到后面微带元上的能量就越少，后面的微带元就可以近似被看作是吸收负载。

实现这一思路的天线结构大致如下：将若干个完全相同的天线单元串联，增加阵列所含单元数量，观察串馈阵列上电流分布，直至距离馈电端最远的一个天线单元上几乎没有电流分布即可。这种方法虽然不是严格的行波阵，也能起到行波阵的效果，实现天线主瓣任意方向的偏移。

然而，该种天线设计方式所需微带天线单元一般为6-10个，数量较多，天线体积较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化圆柱共形微带阵列天线，结构紧凑、体积小。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种小型化圆柱共形微带阵列天线，包括金属圆柱共形体1、矩形介质基板2和满贴于所述介质基板2下表面的金属反射接地层3，所述介质基板2和金属反射接地层3的长度方向与圆柱共形体1轴向平行，宽度方向沿圆柱共形体1周向弯曲共形于所述金属圆柱共形体1外表面；

在所述介质基板2上表面沿长度方向轴线依次设有金属匹配单元4、第一微带匹配线51、至少二个金属辐射单元61、62、第二微带匹配线52和馈电端口7；

所述至少二个金属辐射单元61、62之间以第一微带线81相连，靠近匹配单元4的金属辐射单元61通过第一微带匹配线51与匹配单元4连接；远离匹配单元4的金属辐射单元62通过第二微带线82与第二微带匹配线52相连，所述第二微带匹配线52的另一端通过第三微带线83与馈电端口7相连，所述馈电端口7位于所述矩形介质基板2的短边中点上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、结构紧凑、体积小：本发明在天线单元设计时将E形辐射单元的输入阻抗设计在微带线特性阻抗附近，作为线阵最后一个阵元，看成是匹配负载，达到行波阵效果，选取两个矩形辐射单元，通过调节单元间距实现主波束偏移，减小天线总长度，实现小型化。

2、天线辐射影响小：本发明采用同轴馈电，契合实物测试需求，减小对天线辐射影响。

3、结构简单：本发明采用串联馈电方式，结构简单，在小型化的基础上实现主瓣与弹轴成62°夹角。

4、易于共形：本发明采用型号为Rogers5880的介质基板，厚度为0.254mm，介电常数为2.2，板材薄，柔韧性好，易于与载体共形。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明小型化圆柱共形微带阵列天线的结构示意图。

图2为图1中矩形介质基板上阵列天线结构详图。

图3为本发明实例的回波损耗仿真结果。

图4为本发明实例的E面方向图仿真结果

图中，金属圆柱共形体1、矩形介质基板2、金属反射接地层3；金属匹配单元4、第一微带匹配线51、金属辐射单元61、62、第二微带匹配线52、馈电端口7；第一微带线81、第二微带线82、第三微带线83。

具体实施方式

如图1所示，本发明小型化圆柱共形微带阵列天线，包括金属圆柱共形体1、矩形介质基板2和满贴于所述介质基板2下表面的金属反射接地层3，所述介质基板2和金属反射接地层3的长度方向与圆柱共形体1轴向平行，宽度方向沿圆柱共形体1周向弯曲共形于所述金属圆柱共形体1外表面；

在所述介质基板2上表面沿长度方向轴线依次设有金属匹配单元4、第一微带匹配线51、至少二个金属辐射单元61、62、第二微带匹配线52和馈电端口7；

所述至少二个金属辐射单元61、62之间以第一微带线81相连，靠近匹配单元4的金属辐射单元61通过第一微带匹配线51与匹配单元4连接；远离匹配单元4的金属辐射单元62通过第二微带线82与第二微带匹配线52相连，所述第二微带匹配线52的另一端通过第三微带线83与馈电端口7相连，所述馈电端口7位于所述矩形介质基板2的短边中点上。

优选地，如图2所示，所述金属匹配单元4为E形匹配贴片单元。

优选地，如图2所示，所述至少二个金属辐射单元61、62为大小、形状完全相同的金属矩形辐射贴片单元。

优选地，所述第一微带匹配线51阻抗值为100Ω，第二微带匹配线52阻抗值为70.7Ω。

优选地，所述第二微带线82阻值为100Ω,第三微带线83阻值为50Ω。

优选地，所述介质基板2为Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。

这验证本发明的的技术效果，下面以具体实施例加以说明。

实施例中各单元具体尺寸如下：

金属辐射单元61、62长度：2.61mm，宽度：4.87mm；

金属匹配单元4：长度：2.74mm，宽度：3.24mm；切角长度：0.6mm，宽度：1mm；

第一微带匹配线51长度：1.44mm，宽度：0.2mm；

第二微带匹配线52长度：1.4mm，宽度：0.35mm；

第一微带线81长度：1.03mm，宽度：0.2mm；

第二微带线82长度：1.3mm，宽度：0.2mm；

第三微带线83长度：1mm，宽度：0.79mm；

(注：上述各单元尺寸记沿所述共形体1轴线方向为长，与所述共形体1轴线垂直方向为宽)

仿真结果如图3、图4所示。图3为回波损耗仿真结果图。从图3可看出天线在中心频率35GHz处回波损耗为-37dB，在33.24GHz～41.06GHz范围内，天线S11参数小于-10dB，天线工作带宽为7.82GHz；图4为天线E面方向图，可看出天线最大辐射方向产生偏转，天线主瓣与共形体轴线夹角为62°，最大增益为10.1dB，副瓣电平约为-16dB。

综上所述，本发明一种小型化圆柱共形微带阵列天线，根据行波阵易于实现波束偏转，巧妙地设计E形微带辐射单元充当匹配负载起到行波阵效果，减小设计难度的同时，减小天线整体尺寸。最终设计出一个体积小，结构简单，波束偏转角度可调节，易于共形的小型化圆柱共形微带阵列天线，对现代无线通信系统有重要的实际应用意义。

Claims (4)

1.一种小型化圆柱共形微带阵列天线，其特征在于：

包括金属圆柱共形体(1)、矩形介质基板(2)和满贴于所述介质基板(2)下表面的金属反射接地层(3)，所述介质基板(2)和金属反射接地层(3)的长度方向与圆柱共形体(1)轴向平行，宽度方向沿圆柱共形体(1)周向弯曲共形于所述金属圆柱共形体(1)外表面；

在所述介质基板(2)上表面沿长度方向轴线依次设有金属匹配单元(4)、第一微带匹配线(51)、二个金属辐射单元(61、62)、第二微带匹配线(52)和馈电端口(7)；

所述二个金属辐射单元(61、62)之间以第一微带线(81)相连，靠近匹配单元(4)的金属辐射单元(61)通过第一微带匹配线(51)与匹配单元(4)连接；远离匹配单元(4)的金属辐射单元(62)通过第二微带线(82)与第二微带匹配线(52)相连，所述第二微带匹配线(52)的另一端通过第三微带线(83)与馈电端口(7)相连，所述馈电端口(7)位于所述矩形介质基板(2)的短边中点上；

所述金属匹配单元(4)为E形匹配贴片单元；

所述二个金属辐射单元(61、62)为大小、形状完全相同的金属矩形辐射贴片单元。

2.根据权利要求1所述的圆柱共形微带阵列天线，其特征在于：

所述第一微带匹配线(51)阻抗值为100Ω，第二微带匹配线(52)阻抗值为70.7Ω。

3.根据权利要求1所述的圆柱共形微带阵列天线，其特征在于：

所述第二微带线(82)阻值为100Ω,第三微带线(83)阻值为50Ω。

4.根据权利要求1所述的圆柱共形微带阵列天线，其特征在于：

所述介质基板(2)为Rogers5880，厚度为0.254mm，介电常数为2.2。