CN109860988B

CN109860988B - 一种新型cts天线单元、cts天线阵列、cts天线

Info

Publication number: CN109860988B
Application number: CN201910154385.XA
Authority: CN
Inventors: 杜洁; 李平
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: CN109860988A

Abstract

本发明属于天线技术领域，公开了一种新型CTS天线单元、CTS天线阵列、CTS天线，适用于无线通信Ku波段；CTS天线单元包括：波导、缝隙、介质基板、辐射贴片；波导的中间开贯通横向缝隙，5层相同尺寸、上表面印制辐射贴片的介质基板，叠加在一起分别位于波导的上方、缝隙的两边。本发明的天线将多个上表面印制辐射贴片的介质基板叠加用于等效传统CTS天线缝隙上的金属枝节，通过调节介质基板的尺寸及介质基板的层数便于调节天线工作频率、增益等天线特性。本发明的CTS天线易加工成本低，频带范围宽，便于实现天线阵列，在无线通信系统领域具有广阔的应用前景。

Description

一种新型CTS天线单元、CTS天线阵列、CTS天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种新型CTS天线单元、CTS天线阵列、CTS天线。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：CTS(Continuous Transverse Stub)天线技术于二十世纪九十年代初由美国休斯航空公司的William W.Milory最先提出。天线是在平板波导上连续开贯通的横向缝隙实现辐射，并通过在横向缝隙上增加枝节来减小反射，同时采用准TEM模进行馈电。具有很高的馈电效率和口径效率，是高增益天线的一个极为重要的方向。天线采用低损耗的介质可降低行波馈电损耗，并易于实现并馈解决馈电损耗。目前已经出现多种结构的CTS天线，不同结构的CTS天线具有不同的性能。有能够实现波束控制、双频、双极化等功能的平板波导CTS天线阵列；有全向的同轴CTS天线阵列；这些天线在高增益、高效率、多功能天线的应用中极具优势。平板波导CTS天线并不是全平面结构，现有技术的方式是可以采用热铸、挤压和注塑一次成型的方法加工，无需焊接组装。但是，目前这种通过热铸、挤压和注塑一次成型的加工出来的CTS天线，不易改变天线形式，对于后期调试天线有一定的限制。针对相关技术中不易改变一次成型加工的CTS天线，且调试天线受到限制的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前CTS天线是通过热铸、挤压和注塑一次成型的加工出来的，已知CTS天线的缝隙和枝节影响天线的性能，通过一次成型加工出来的CTS天线的缝隙和枝节已经不易改变，这样就对后期调试天线性能有一定的限制。

解决上述技术问题的难度：通过一次成型加工出来的CTS天线的缝隙和枝节要想后期改变，只能重新联系生产厂商重新制作，耗时耗力，增加加工成本。

解决上述技术问题的意义：可以改变CTS天线的缝隙及枝节的尺寸，不仅有助于后期调试天线性能，更省时省力，减少加工成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新型CTS天线单元、CTS天线阵列、CTS天线。

本发明是这样实现的，一种新型CTS天线单元，所述新型CTS天线单元设置有：波导、缝隙、介质基板、辐射贴片；波导的中间开贯通横向缝隙，5层相同尺寸、上表面印制辐射贴片的介质基板，叠加在一起分别位于波导的上方、缝隙的两边。本发明的天线将多个上表面印制辐射贴片的介质基板叠加用于等效传统CTS天线缝隙上的金属枝节，改变印制辐射贴片的介质基板的尺寸及层数就是在改变CTS天线的缝隙及枝节，便于根据调试要求达到调试天线性能的目的。

进一步，所述波导的内截面宽度Wg₁＝19.05mm、高度Hg₁＝9.525mm，外截面宽度Wg₂＝21.59mm、高度Hg₂＝12.06mm；波导的长度Lg＝34.66mm。调整波导内外截面尺寸，可以优化波导的工作频率，本发明的波导尺寸确定了波导工作频率在Ku波段。

进一步，所述缝隙宽度为Ws＝3mm。调整缝隙宽度，可以优化天线的工作频率，本发明的缝隙宽度确定了天线工作频率在Ku波段。

进一步，所述介质基板采用的材料是厚度分别为Hd＝2mm，宽度为Wd＝4.5mm、长度为Ld＝21.59mm的FR4基板。进一步，所述辐射贴片印制在介质基板的上表面，辐射贴片的宽度Wp＝4.5mm、长度Lp＝21.59mm，与介质基板长宽相同。调整上表面印制了辐射贴片的介质基板的层数及长宽，可以优化天线的工作频率及辐射增益，本发明的5层上表面印制了辐射贴片的介质基板叠加在一起等效传统CTS天线的金属枝节，确定了天线工作频率在Ku波段，辐射增益为10.78dB。

本发明的另一目的在于提供一种由所述新型CTS天线单元组成的CTS天线阵列。

本发明的另一目的在于提供一种由所述CTS天线阵列组成的CTS天线。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明的新型CTS天线单元由中间开横向贯通缝隙的波导，5层上表面都印制辐射贴片的介质基板组成；5层上表面印制辐射贴片的介质基板叠加用于等效传统CTS天线缝隙上的金属枝节，改变印制辐射贴片的介质基板的尺寸及层数就是在改变CTS天线的缝隙及枝节，便于根据调试要求达到调试天线性能的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型CTS天线单元的结构示意图；

图中：1、波导；2、缝隙；3、介质基板；4、辐射贴片。

图2是本发明实施例提供的中间开贯通横向缝隙波导结构示意图；

图3是本发明实施例提供的单个上表面印制辐射贴片的介质基板结构示意图；

图4是本发明实施例提供的新型CTS天线单元的S₁₁仿真结果图。

图5是本发明实施例提供的缝隙两边介质基板分别为3层、4层、5层时的CTS天线单元的S₁₁仿真结果图。

图6是本发明实施例提供的缝隙两边介质基板分别为3层、4层、5层时的CTS天线单元的E面增益Gain仿真结果图。

图7是本发明实施例提供的缝隙两边介质基板为5层时，当Wd＝Wp＝4.5mm、5.5mm、6.5mm时的CTS天线单元的S₁₁仿真结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明将多层上表面印制辐射贴片的介质基板叠加等效横向缝隙上的辐射枝节，通过改变上表面印制辐射贴片的介质基板的尺寸、层数，即改变CTS天线的缝隙和金属枝节，从而便于改变天线工作频率、增益等天线特性。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的新型CTS天线单元、CTS天线阵列、CTS天线包括波导1、缝隙2、介质基板3、辐射贴片4。

介质基板3采用的材料是厚度为2mm的FR4基板，5层厚度分别为2mm、上表面印制辐射贴片4的FR4介质基板3叠加在一起分别位于波导1的上方、缝隙2两边。

如图2所示，按照国家标准矩形波导管数据，通过Ku波段选择BJ120，WR-75型波导，确定波导1内截面宽度Wg₁＝19.05mm、高度Hg₁＝9.525mm，外截面宽度Wg₂＝21.59mm、高度Hg₂＝12.06mm；通过计算波导工作波长及导波波长确定了波导1的长度Lg＝34.66mm；波导中间开宽度为Ws的横向贯通缝隙2；调整缝隙2的宽度Ws可以改变天线阻抗匹配，调整天线的工作频率及增益。

如图3所示，辐射贴片4全部印制在介质基板3上表面，介质基板3的宽度Wd、长度Ld与印制在介质板上表面的辐射贴片4的宽度Wp、Lp相同；Wd＝Wp＝4.5mm，Ld＝Lp＝21.59mm。调整介质基板3的宽度Wd和辐射贴片4的宽度Wp以及介质基板3的叠加个数可以改变天线阻抗匹配，调整天线的工作频率及增益。

下面结合仿真对本发明的应用效果做详细的描述。

1、仿真内容

利用商业仿真软件HFSS_15.0对上述新型CTS天线单元的S₁₁参数进行仿真计算，结果如图4所示。

利用商业仿真软件HFSS_15.0对本发明的缝隙2两边介质基板分别为3层、4层、5层时的CTS天线单元的S₁₁参数进行仿真计算，结果如图5所示。

利用商业仿真软件HFSS_15.0对本发明的缝隙2两边介质基板分别为3层、4层、5层时的CTS天线单元的E面增益Gain进行仿真计算，结果如图6所示。

利用商业仿真软件HFSS_15.0对本发明的缝隙2两边介质基板为5层时，当Wd＝Wp＝4.5mm、5.5mm、6.5mm时的CTS天线单元的S₁₁参数进行仿真计算，结果如图7所示。

2、仿真结果分析

如图4所示，以S11<-10dB为标准，在Ku波段，天线其阻抗匹配都达到了最佳。图4仿真结果表明，本发明的天线在Ku波段具有理想的阻抗带宽，适应于Ku波段无线通信领域中。

如图5所示，对比了本发明的缝隙2两边介质基板分别为3层、4层、5层时的CTS天线单元的S₁₁参数，由图5中可以看出随着层数的增加，工作频率向低频偏移。图5仿真结果表明，可以通过调节介质基板的层数调整天线的工作频率。

如图6所示，对比了本发明的缝隙2两边介质基板分别为3层、4层、5层时的CTS天线单元的E面增益Gain，由图6中可以看出随着层数的改变，增益随之改变。图6仿真结果表明，可以通过调节介质基板的层数调整天线的增益。

如图7所示，对比了本发明的缝隙2两边介质基板为5层时，当Wd＝Wp＝4.5mm、5.5mm、6.5mm时的CTS天线单元的S₁₁参数，由图7中可以看出随着介质基板的宽度Wd，辐射贴片的宽度Wp的改变，工作频率随之改变。图7仿真结果表明，可以通过调节印制了辐射贴片的介质基板的尺寸调整天线的工作频率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种新型CTS天线单元，其特征在于，所述新型CTS天线单元设置有：波导、缝隙、介质基板、辐射贴片；波导的中间开贯通横向缝隙，5层相同尺寸、上表面印制辐射贴片的介质基板，叠加在一起分别位于波导的上方、缝隙的两边；CTS为连续横向枝节；

所述波导的内截面宽度Wg₁、高度Hg₁，外截面宽度Wg₂、高度Hg₂；波导的长度Lg通过计算波导工作波长及导波波长得到；

所述波导中间开贯通缝隙，所述缝隙宽度为Ws；

5层厚度分别为2mm的介质基板叠加分别位于缝隙两边。

2.如权利要求1所述的新型CTS天线单元，其特征在于，介质基板采用的材料是厚度为2mm的FR4基板。

3.如权利要求1所述的新型CTS天线单元，其特征在于，所述介质基板的厚度为Hd，宽度为Wd、长度为Ld，上表面印制了辐射贴片。

4.如权利要求2所述的新型CTS天线单元，其特征在于，所述辐射贴片印制在介质基板的上表面，辐射贴片的宽度Wp、长度Lp与介质基板宽度Wd、长度Ld相同。

5.一种由权利要求1所述新型CTS天线单元组成的CTS天线阵列。

6.一种由权利要求5所述CTS天线阵列组成的CTS天线。