CN108899658A - 一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线 - Google Patents

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曹迪
李文超
吴礼
高辉
张亚曦
席光荣
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Nanjing University of Science and Technology
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

Abstract

本发明提出了一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线，包括介质基板以及设置在介质基板上的8*8共64个子辐射单元，所述子辐射单元采用同轴线馈电的馈电方式，且相邻4个子辐射单元组成一组辐射单元，每一组辐射单元采用90°相位旋转法实现圆极化。本发明通过切角的方式实现天线单元圆极化，再通过相位旋转法实现阵列天线圆极化，合理布阵减小馈线的耦合作用。

Description

一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线
技术领域
本发明涉及天线技术，尤其涉及一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线。
背景技术
微带天线是最近几年使用最广泛的天线，它体积小，质量轻，具有平面结构，主要用于与导弹、卫星等载体结合形成共形结构。不仅如此，微带天线还具有结构紧凑、性能稳定的特点，广泛应用于印刷电路技术大批量生产，而且便于实现双频段、双极化等诸多功能。但是微带天线的一些缺点同样明显并阻碍着微带天线的发展。1.微带天线作为一个谐振天线，其频带一般很窄，这是微带天线一个很大的缺点；2.导体和介质损耗无法消除，会造成一定程度的误差；3.性能受介质基片影响很大，同时，由于微带天线体积小，因此其功率容量很小
发明内容
本发明的目的在于提出一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线，解决传统相控阵天线干扰过大的问题。
实现本发明的技术解决方案为：一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线，包括介质基板以及设置在介质基板上的8*8共64个子辐射单元，所述子辐射单元采用同轴线馈电的馈电方式，且相邻4个子辐射单元组成一组辐射单元，每一组辐射单元采用90°相位旋转法实现圆极化。
进一步地，相邻两个子辐射单元的间距为0.75个波长。
进一步地，所述子辐射单元为正方形切角微带贴片。
进一步地，所述子辐射单元通过同轴线单独馈电。
进一步地，所述介质基板介电常数为2.2，厚度为0.254mm，材料为Rogers5880。
进一步地，天线工作频率为35GHz。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明布阵合理，减小了馈线的耦合作用；(2)本发明采用同轴线馈电方式，每个天线单元单独馈电，确保波束在任意位置不会出现栅瓣；(3)本发明提高了轴比带宽；(4)本发明降低了谐振电路的Q值，增加阻抗带宽。
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为小型圆极化相控阵微带阵列天线图。
图2为90°相位旋转法示意图。
图3为2×2圆极化阵列天线图。
图4为为该阵列天线S11参数结果图。
图5为该阵列天线二维方向图。
图6为该阵列天线H面波束扫描方向图。
图7为该阵列天线E面波束扫描方向图。
图8为该阵列天线不同扫描角度轴比图。
具体实施方式
一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线，包括介质基板以及设置在介质基板上的8*8共64个子辐射单元，所述子辐射单元采用同轴线馈电的馈电方式，且相邻4个子辐射单元组成一组辐射单元，每一组辐射单元采用90°相位旋转法实现圆极化。每一组辐射单元对角线上的两个子辐射单元相位相差180°，相互抵销由于辐射的不纯粹性而产生的高次模，
进一步的实施例中，相邻两个子辐射单元的间距为0.75个波长。
进一步的实施例中，所述子辐射单元为正方形切角微带贴片。
进一步的实施例中，所述子辐射单元通过同轴线单独馈电。
进一步的实施例中，所述介质基板介电常数为2.2，厚度为0.254mm，材料为Rogers5880，从而，降低了谐振电路的Q值，增加阻抗带宽。
进一步的实施例中，天线工作频率为35GHz。
下面结合实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
如图1所示，本实施例的35GHz小型圆极化微带相控阵天线阵列，包括介质基板以及设置在介质基板上的8*8共64个子辐射单元，所述子辐射单元采用同轴线馈电的馈电方式，且每个子辐射单元通过同轴线单独馈电。同轴线一端与子辐射单元相连，另一端与馈电口相连。
本实施例中，该介质基板的厚度设置为0.254mm，介质基板长度设置为6mm，介质基板宽度设置为6mm，以获得更好的天线带宽。该介质基板采用的材料是Rogers 5880，介电常数为2.2。
如图2所示，每一组辐射单元通过90°相位旋转法来实现圆极化，对角线上的两个子辐射单元相位相差180°。
如图3所示，每个子辐射单元为一个方形切角贴片，切角宽度为1.1mm，方形贴片边长为2.65mm。
本实施例采用了8*8微带相控阵天线，将圆极化技术应用于相控阵天线，使得相控阵天线具备了俯仰角±30°波束扫描能力的同时，也具备圆极化天线的优点。如图4所示，S11＜-10dB的范围约为2.5GHz。如图5所示，由于在水平和垂直方向上的单元间距ds相等，因此E、H面方向图近乎重合，天线在水平和垂直两个方向上均可以提供窄波束，而根据线阵理论，一维线阵在俯仰角上一般为宽波束，由此可看出阵列天线的强大方向特性。如图6所示，扫描角度为0°时天线增益最高为21.74dB，副瓣电平为-12.62dB，波束宽度仅为8.4°。当扫描到-10°时，增益下降为21.63dB，副瓣电平为-12.18dB，当扫描到-20°时，天线增益为21.3dB,副瓣电平为-11.83dB，当扫描到-30°时，天线增益为21.1dB，副瓣电平为-11.2dB，由此可以看出，在0°到30°扫描范围内，天线增益下降小于1dB,副瓣电平升高小于1dB，证明该相控阵天线性能良好，可以实现30°之内的完美扫描。当馈电相位与当前相反时，也可以进行另一侧30°之内的扫描，如图7所示。图8(a)、(b)、(c)、(d)分别给出了不同扫描角度时的轴比图，可以看出当天线不扫描时轴比最好，接近于60°，随着扫描角度的增加，轴比逐渐变差，小于3dB的角度变小，并且随着波束的改变而发生改变，但是在主波束范围内，轴比仍然小于3dB。最终设计实现了一款8*8圆极化相控阵天线，实现俯仰角60°空间扫描。

Claims (6)

1.一种35GHz小型圆极化微带相控阵天线，其特征在于，包括介质基板以及设置在介质基板上的8*8共64个子辐射单元，所述子辐射单元采用同轴线馈电的馈电方式，且相邻4个子辐射单元组成一组辐射单元，每一组辐射单元采用90°相位旋转法实现圆极化。
2.根据权利要求1所述的35GHz小型圆极化微带相控阵天线，其特征在于，相邻两个子辐射单元的间距为0.75个波长。
3.根据权利要求1或2任一所述的35GHz小型圆极化微带相控阵天线，其特征在于，所述子辐射单元为正方形切角微带贴片。
4.根据权利要求1所述的35GHz小型圆极化微带相控阵天线，其特征在于，所述子辐射单元通过同轴线单独馈电。
5.根据权利要求1所述的35GHz小型圆极化微带相控阵天线，其特征在于，所述介质基板介电常数为2.2，厚度为0.254mm，材料为Rogers 5880。
6.根据权利要求1所述的35GHz小型圆极化微带相控阵天线，其特征在于，天线工作频率为35GHz。
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