CN108598685A - 一种基于双h缝隙耦合的自检测微带天线阵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵,至少包括7层结构，从上到下依次为微带天线单元、第一介质板、设置有双H缝隙的天线地板、第二介质板、设置有耦合线的带状线层、第三介质板及带状线地板，所述带状线层与第二介质板形成馈电网络，并由天线地板上的双H缝隙把馈入的射频能量分别耦合给微带天线单元；通过电磁场在第二与第三介质板中的空间耦合，使得耦合线把每个微带天线单元的垂直极化的能量传输到输出端口，及通过与预先存储的耦合能量数据进行比较，判断出微带天线单元是否发生故障。本发明通过耦合网络实现天线阵的自检，具有设计复杂度低、故障天线单元识别效率高等优点。

Description

一种基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵
技术领域
本发明属于微波天线的技术领域，涉及一种基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵。
背景技术
在某项目研制过程中，基于项目抗干扰的需求，需要天线实现水平和垂直双极化功能。同时，考虑到产品需要长时间贮存，每次使用前应可以对天线进行检验，准确识别出天线阵中的故障天线单元。为此，需要天线增加耦合自检功能。因此，有必要设计一种能同时实现双线极化功能和自检测功能的天线阵。通过文献检索，多篇专利文献和非专利文献中对缝隙耦合微带天线的设计方法进行了描述。
在名称为高隔离度双极化微带天线阵的设计，作者黄盈椿的文献中的天线阵列采用多层贴片，H型缝隙耦合结构，馈网设计中应用错位倒相技术，获得了较高的性能。而文献名称为宽带双极化微带天线的研究与设计，作者钱青的文中，采用双H缝隙地板增加了频带宽度，降低了交叉极化电平；采用微带线馈电馈线和贴片直接相连，结构简单容易制作和组阵；两微带振子相互垂直放置分别实现水平极化与垂直极化，所以两端口隔离度要比传统的微带贴片天线高。而文献名称为H形缝隙耦合双极化微带天线阵设计分析，作者为林铮的文中，设计并仿真了一种基于H形缝隙耦合馈电，工作在Ku波段的微带双极化天线，并进行了4单元平面组阵。天线采用多层结构，减小了天线尺寸，并且两组馈电在不同夹层的设计使得进一步组阵变得便利。文献名称为双极化微带天线及阵列的研究与设计，作者为袁莉的文中，提出了Ku波段的缝隙耦合馈电的双极化微带天线单元。天线单元采用H形缝隙耦合结构且缝隙成T形放置，寄生贴片的引入展宽了带宽。该天线具有良好的端口隔离度和低交叉极化电平。另外，文献名称为无线通信系统中双极化微带天线的研究与设计，作者为赵思全的文中，设计了一种新颖的微带振子天线单元，利用多阶阻抗变换的结构实现宽带的目的。两个天线振子垂直放置以实现双极化，采用微带线通过地板上的H型缝隙耦合馈电。上述五种双H形缝隙耦合天线都是通过微带线进行馈电。由于微带线本身的半开放结构存在着较大的能量泄露，降低了天线单元的增益。并且由上述天线单元组成的天线阵均不具有耦合自检功能。
发明内容
发明所要解决的课题是现有的双H形缝隙耦合天线都是通过微带线进行馈电，由于微带线本身的半开放结构存在着较大的能量泄露，降低了天线单元的增益的问题。
用于解决课题的技术手段是提供一种基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，至少包括7层结构，该7层结构从上到下依次为微带天线单元、第一介质板、设置有双H缝隙的天线地板、第二介质板、设置有耦合线的带状线层、第三介质板及带状线地板，其中微带天线单元蚀刻在第一介质板上并且微带天线单元上设置两个馈电点；所述带状线层与第二介质板形成馈电网络，并由天线地板上的双H缝隙把馈入的射频能量分别耦合给微带天线单元，使其分别形成水平和垂直双线极化工作方式；通过电磁场在第二介质板与第三介质板中的空间耦合，使得带状线层上的耦合线把每个微带天线单元的垂直极化的能量传输到耦合线的输出端口，及通过与预先存储的耦合能量数据进行比较，判断出微带天线单元是否发生故障。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述微带天线单元采用单层微带贴片天线构成。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述微带天线单元采用多层微带贴片天线构成。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述馈电网络采用直线形结构或曲线型结构、多层互联形结构。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述耦合线采用带状线型耦合线。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述第一、第二和第三介质板具备相同的介电常数和介电损耗。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述第一、第二和第三介质板均采用微波介质板。
发明效果为，本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
本发明给出了一种基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，采用带状线对双H形缝隙进行馈电，提高了天线单元的增益。在天线阵中增加了耦合功能，可实现阵中天线单元的自检并有效地识别出故障天线单元。
通过上述技术方案可知，具备的优点如下，(1)结构简单，设计复杂度低；(2)故障天线单元识别效率高。
本发明实现天线单元的双线极化工作，通过耦合网络实现天线阵的自检，使得天线阵中的故障天线单元可以被及时有效的识别出来，具有设计复杂度低、故障天线单元识别效率高等优点。可用于实现高增益双线极化且具有自检功能的天线阵，具有较低的设计复杂度和较高的故障天线单元识别效率，可应用于微波天线以及相关领域。
附图说明
图1为本发明基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵的侧视图。
图2为本发明基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵的平面结构示意图。
具体实施方式
以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。
本发明设计了一种基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵,该微带天线阵至少包括7层结构，如图1所示，该7层结构从上到下依次为微带天线单元、第一介质板、设置有双H缝隙的天线地板、第二介质板、设置有耦合线的带状线层、第三介质板及带状线地板，其中具体结构如图2所示，微带天线单元蚀刻在第一介质板上并且微带天线单元上设置两个馈电点；所述带状线层与第二介质板形成馈电网络，并由天线地板上的双H缝隙把馈入的射频能量分别耦合给微带天线单元，使其分别形成水平和垂直双线极化工作方式；通过电磁场在第二介质板与第三介质板中的空间耦合，使得贯穿整个天线阵的带状线层上的耦合线把每个微带天线单元的垂直极化的能量传输到耦合线的左端输出端口，通过与预先存储的耦合能量数据进行比较，判断出对应的天线单元是否发生故障。
本发明的原理是：微带天线单元通过双H缝隙耦合实现双线极化工作。上述双线极化天线单元组成线阵，由一条贯穿整个线阵的带状线组成耦合网络，从每个天线单元的同一个线极化馈电网络中耦合出少量的能量用于天线阵的自检。每个微带天线单元的耦合量被提前记录下来，通过将每个天线单元的实时耦合量与提前记录好的每个天线单元的耦合量进行比较，判断出天线阵中的故障天线单元。
优选地，所述微带天线单元采用单层微带贴片天线构成。也可为了展宽工作频带宽度采用多层微带贴片天线构成；上述天线阵采用了五元阵形式构成，也可根据需要采用其它数目的天线单元进行组阵；上述天线阵采用了直线阵形式，也可采用其它的天线阵形式。
并且，本实施例中所述馈电网络可以采用直线形结构，也可根据需要采用其它形式结构，如曲线型结构、多层互联形结构。进一步地，所述耦合线可以采用带状线型耦合线，既可从垂直极化端口耦合，也可从水平极化端口耦合；既可采用直线形结构，也可根据需要采用其它线形结构。
为了提高反馈性能，所述第一、第二和第三介质板既可具备相同的介电常数和介电损耗，也可根据需要采用不同的介电常数和介电损耗；既可采用相同的厚度，也可根据需要采用不同的厚度；既可采用微波介质板，也可根据需要采用空气层、泡沫层或其它介质材料。
因此，本发明的基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵实现方法，采用带状线对双H形缝隙进行馈电，提高了天线单元的增益。实现天线单元的双线极化工作，通过耦合网络实现天线阵的自检，使得天线阵中的故障天线单元可以被及时有效的识别出来，具有设计复杂度低、故障天线单元识别效率高等优点。
需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，其特征在于：至少包括7层结构，该7层结构从上到下依次为微带天线单元、第一介质板、设置有双H缝隙的天线地板、第二介质板、设置有耦合线的带状线层、第三介质板及带状线地板，其中微带天线单元蚀刻在第一介质板上并且微带天线单元上设置两个馈电点；所述带状线层与第二介质板形成馈电网络，并由天线地板上的双H缝隙把馈入的射频能量分别耦合给微带天线单元，使其分别形成水平和垂直双线极化工作方式；通过电磁场在第二介质板与第三介质板中的空间耦合，使得带状线层上的耦合线把每个微带天线单元的垂直极化的能量传输到耦合线的输出端口，及通过与预先存储的耦合能量数据进行比较，判断出微带天线单元是否发生故障。
2.根据权利要求1所述的基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，其特征在于：所述微带天线单元采用单层微带贴片天线构成。
3.根据权利要求1所述的基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，其特征在于：所述微带天线单元采用多层微带贴片天线构成。
4.根据权利要求1所述的基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，其特征在于：所述馈电网络采用直线形结构或曲线型结构、多层互联形结构。
5.根据权利要求1所述的基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，其特征在于：所述耦合线采用带状线型耦合线。
6.根据权利要求1所述的基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，其特征在于：所述第一、第二和第三介质板具备相同的介电常数和介电损耗。
7.根据权利要求1所述的基于双H缝隙耦合的自检测微带天线阵，其特征在于：所述第一、第二和第三介质板均采用微波介质板。
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