CN108879091A - 一种宽带圆极化微带阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种宽带圆极化微带阵列天线，包括由上至下依次设置的第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板，所述第一介质基板上表面设有16个开槽辐射圆贴片，所述第二介质基板上表面为金属接地板，设有16个矩形缝隙，且矩形缝隙中心与上述开槽辐射圆贴片中心一一对应，下表面设有功分馈电网络，对应第一层的圆形贴片，第二介质基板的侧面设有激励端口，与功分馈电网络输入端连接，第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板设有空气层。本发明采用圆形贴片作为圆极化贴片与单馈点探针馈电方式，增益更大，阻抗带宽更宽。

Description

一种宽带圆极化微带阵列天线
技术领域
本发明属于天线技术，特别涉及一种宽带圆极化微带阵列天线。
背景技术
科学技术的飞速发展带动了武器装备的更新换代而毫米波微带阵列天线以其独有的特点，在这个军用领域发挥着重要的作用，提高天线性能有效地制导武器的准确性。微带天线阻抗带宽过窄，提高阻抗带宽增强天线多径分辨能力，有利于多径环境下通信和精确的定位。圆极化天线有利用空间电磁波的接受，同时对雨雾反射杂波的抗干扰能力很强，将圆极化技术运用到制导技术上有利于提高设备的准确性。相对比其他天线，微带天线更容易实现圆极化、双频段、双极化等。但微带天线也同样具有频带窄、损耗大、功率容量小等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种宽带圆极化微带阵列天线，解决传统微带线馈线圆极化天线的轴比带宽低的问题。。
实现本发明的技术解决方案为：一种宽带圆极化微带阵列天线，包括由上至下依次设置的第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板，所述第一介质基板上表面设有16个开槽辐射圆贴片，所述第二介质基板上表面为金属接地板，设有16个矩形缝隙，且矩形缝隙中心与上述开槽辐射圆贴片中心一一对应，下表面设有与开槽辐射圆贴片对应的功分馈电网络，第二介质基板的侧面设有激励端口，与功分馈电网络输入端连接，第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板设有空气层。本发明金属接地板置于开槽辐射圆贴片与功分馈电网络之间，使相对带宽达到了17％，极大地拓展了带宽。
优选地，四个相邻的开槽辐射圆贴片形成一组辐射单元，每一组辐射单元中的开槽辐射圆贴片通过90°相位旋转法实现圆极化。
优选地，所述开槽辐射圆贴片在第一介质基板上表面按横向间距为d1，纵向间距为d2排列，d1、d2的长度在0.5个波长到1个波长之间。
优选地，每一辐射单元均为半径为r的圆形微带贴片，半径的确定公式为：
其中，ae为圆形贴片的有效半径，h为介质基片厚度，εr为介质介电常数，圆形微带贴片上开槽实现简并模且简并模分离单元面积为Δs,Q为天线品质因数，s为天线总面积。
优选地，所述矩形缝隙长度为ls，ls≈λe/4，其中λe为介质波长，宽度ws以经验宽度为参考，在0.25mm～0.3mm之间。
优选地，所述功分馈电网络为圆弧形拐角的等幅不同相功分器。轴比带宽达到了8.6％，在主波束位置很好地实现了圆极化。
优选地，第一介质基板的厚度h为0.254mm，介电常数为2.2。
优选地，天线工作频率为35GHz。
优选地，所述空气层厚度均为1mm，提高了阻抗带宽。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明采用圆形贴片作为圆极化贴片与单馈点探针馈电方式，增益更大，阻抗带宽更宽；(2)本发明采用了矩形缝隙耦合馈电，辐射单元和馈电网络分离，便于分别优化，并使相对带宽达到了17％，极大地拓展了带宽；(3)本发明采用多馈点网络馈电方式，设计了圆弧形拐角功分馈电网络，实现波在馈线中的完美过渡，并且轴比带宽达到了8.6％，在主波束位置很好地实现了圆极化。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为宽带圆极化微带阵列天线整体结构侧视图。
图2为宽带圆极化微带阵列天线整体结构俯视图。
图3为宽带圆极化微带阵列天线圆形贴片单元结构图。
图4为宽带圆极化微带天线圆形贴片单元与矩形贴片单元S11参数对比图
图5为宽带圆极化微带阵列天线S11参数结果图。
图6为宽带圆极化微带阵列天线轴比图。
图7为新型和传统圆极化微带阵列天线轴比随频率变化曲线对比图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施方式例，对本发明做进一步说明。
一种宽带圆极化微带阵列天线，包括由上至下依次设置的第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板，所述第一介质基板上表面设有16个开槽辐射圆贴片，所述第二介质基板上表面为金属接地板，设有16个矩形缝隙，且矩形缝隙中心与上述开槽辐射圆贴片中心一一对应，下表面设有与开槽辐射圆贴片对应的功分馈电网络，当开槽辐射圆贴片确定间距之后，用馈电网络结构来尽可能地减少能量损耗，并且能够给各辐射单元提供需要的电流幅度、相位，通过对天线阵列结构的布局，提高天线的增益、效率等重要参数。第二介质基板的侧面设有激励端口，与功分馈电网络输入端连接，第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板设有空气层。
进一步的实施例中，四个相邻的开槽辐射圆贴片形成一组辐射单元，每一组辐射单元中的开槽辐射圆贴片通过90°相位旋转法实现圆极化。
进一步的实施例中，所述开槽辐射圆贴片在第一介质基板上表面按横向间距为d1，纵向间距为d2排列，d1、d2的长度在0.5个波长到1个波长之间。
进一步的实施例中，每一辐射单元均为半径为r的圆形微带贴片，半径的确定公式为：
其中，ae为圆形贴片的有效半径，h为介质基片厚度，εr为介质介电常数，圆形微带贴片上开槽实现简并模且简并模分离单元面积为Δs,Q为天线品质因数，s为天线总面积。
进一步的实施例中，所述矩形缝隙长度为ls，ls≈λe/4，其中λe为介质波长，宽度ws以经验宽度为参考，在0.25mm～0.3mm之间。
进一步的实施例中，所述功分馈电网络为圆弧形拐角的等幅不同相功分器。
进一步的实施例中，第一介质基板的厚度h为0.254mm，介电常数为2.2。
进一步的实施例中，天线工作频率为35GHz。
进一步的实施例中，所述空气层厚度均为1mm。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供了一种宽带圆极化微带阵列天线，包括由上至下依次设置的第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板，所述第一介质基板上表面设有16个开槽辐射圆贴片，所述第二介质基板上表面为金属接地板，设有16个矩形缝隙，且矩形缝隙中心与上述开槽辐射圆贴片中心一一对应，下表面设有与开槽辐射圆贴片对应的功分馈电网络，，第二介质基板的侧面设有激励端口，与功分馈电网络输入端连接，第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板设有空气层。
本实施例中，第一介质基板的厚度h设置为0.254mm，以获得更好的天线带宽。相对介电常数设置为2.2。
如图3所示，每一辐射单元均为圆形微带贴片,圆形贴片半径r为1.5mm，ls＝1.4mm,ws＝0.3mm，△s为0.8mm2，横向间距d1为7.2mm,纵向间距d2为8mm。如图4所示，使用矩形贴片耦合时的带宽为6GHz，而圆形贴片耦合带宽则达到了8GHz，由此可知圆形贴片比矩形贴片带宽更宽。
所述功分馈电网络为圆弧形拐角的等幅不同相功分器，轴比带宽达到了8.6％，在主波束位置很好地实现了圆极化。
第二介质基板上表面为金属接地板，设有16个矩形缝隙，且矩形缝隙中心与上述开槽辐射圆贴片中心一一对应。
耦合馈电使得辐射单元和馈电网络分离，可分别优化，同时可实现宽频带，S11参数结果如图5所示，小于-10dB频带宽度约为32.5GHz～38.5GHz，绝对带宽达到了6GHz，使相对带宽达到了17％，极大地拓展了带宽。天线轴比图如图6所示，在半功率波束范围内，轴比带宽均小于3dB，很好地实现了圆极化。传统阵列与本实施例轴比随频率变化曲线如图7所示，本实施例在35GHz附近轴比非常小，接近纯圆极化，并且轴比带宽约为8.6％(34GHz～37GHz)，而传统微带线馈线圆极化天线的轴比带宽仅为4.3％(34.5GHz～36GHz)，提高了两倍，体现了结构的优越性。

Claims (9)

1.一种宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，包括由上至下依次设置的第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板，所述第一介质基板上表面设有16个开槽辐射圆贴片，所述第二介质基板上表面为金属接地板，设有16个矩形缝隙，且矩形缝隙中心与上述开槽辐射圆贴片中心一一对应，下表面设有与开槽辐射圆贴片对应的功分馈电网络，第二介质基板的侧面设有激励端口，与功分馈电网络输入端连接，第一介质基板、第二介质基板以及金属反射板设有空气层。
2.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，四个相邻的开槽辐射圆贴片形成一组辐射单元，每一组辐射单元中的开槽辐射圆贴片通过90°相位旋转法实现圆极化。
3.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述开槽辐射圆贴片在第一介质基板上表面按横向间距为d1，纵向间距为d2排列，d1、d2的长度均在0.5个波长到1个波长之间。
4.根据权利要求1所述的一种宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，每一辐射单元均为半径为r的圆形微带贴片，半径的确定公式为：
其中，ae为圆形贴片的有效半径，h为介质基片厚度，εr为介质介电常数，圆形微带贴片上开槽实现简并模且简并模分离单元面积为Δs,Q为天线品质因数，s为天线总面积。
5.根据权利要求1所述的一种宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述矩形缝隙长度为ls，ls≈λe/4，其中λe为介质波长，宽度ws的范围为0.25mm～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的一种宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述功分馈电网络为圆弧形拐角的等幅不同相功分器。
7.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，第一介质基板的厚度h为0.254mm，介电常数为2.2。
8.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，天线工作频率为35GHz。
9.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带阵列天线，其特征在于，所述空气层厚度均为1mm。
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