CN110112557B - 耦合馈电毫米波阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种耦合馈电毫米波阵列天线，包括天线罩；金属地板，相对并间隔设置于天线罩的一侧；介质基板，附着于金属地板的朝向天线罩的表面上；至少两微带贴片，间隔地附着于天线罩的朝向介质基板的表面上；以及馈电网络，设置于介质基板的表面上，馈电网络包括间隔设置的至少两激励贴片，激励贴片位于微带贴片于介质基板表面的投影区域内，激励贴片与微带贴片保持一定的距离。本发明采用了天线罩作为支撑微带贴片的介质基板，使得微带贴片即使与馈电网络不在轴向的同一平面上，也不需要增加一层介质基板来支撑，从而有效地解决了由于微带贴片与馈电网络不在轴向的同一平面上，导致阵列天线需要多加一层介质基板来支撑微带贴片的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于阵列天线技术领域，更具体地说，是涉及一种耦合馈电毫米波阵列天线。
背景技术
阵列天线是由至少两个微带天线规则或随机地排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线，其中，微带天线是在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用传输线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。微带天线通常有三种馈电方式：侧馈、背馈、耦合馈电，其中，耦合馈电方式是在传输线上设计耦合激励，然后对微带贴片进行耦合馈电，在轴向上馈电网络与微带贴片不在同一平面，且馈电网络与微带贴片并不直接相连，只是通过耦合的方式把功率馈入到天线上，该种馈电方案可抬升微带贴片与接地板之间的高度，从而增加天线的带宽，同时不会引入较大的表面波耦合。
目前，实现耦合馈电的方式有多种，大体可分为：缝隙加载方式和激励贴片直接耦合方式，其中，采用激励贴片直接耦合方式的阵列天线一般由两层介质基板、一层接地板、一层馈电网络和一层微带贴片组成，通过该耦合馈电方式可有效抬高微带贴片与参考地之间的高度，这样可以大幅提升天线的工作带宽，而馈电网络与参考地之间的距离没有抬高，不容易激励高次模，通过调整耦合贴片的形状及尺寸可以调节其与微带贴片之间的耦合度，进而优化阻抗带宽，但是，由于微带贴片与馈电网络不在轴向的同一平面上，导致整个阵列天线需要多加一层介质基板来支撑微带贴片，从而增加材料成本，即使该介质基板为高频基板也会引入损耗降低天线整体效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耦合馈电毫米波阵列天线，包括但不限于解决由于微带贴片与馈电网络不在轴向的同一平面上，导致阵列天线需要多加一层介质基板来支撑微带贴片的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种耦合馈电毫米波阵列天线，包括：
天线罩，由非导电材料制成；
金属地板，相对并间隔设置于所述天线罩的一侧；
介质基板，附着于所述金属地板的朝向所述天线罩的表面上；
至少两微带贴片，间隔地附着于所述天线罩的朝向所述介质基板的表面上；以及
馈电网络，设置于所述介质基板的表面上，所述馈电网络包括间隔设置的至少两激励贴片，所述激励贴片位于所述微带贴片于所述介质基板表面的投影区域内，所述激励贴片与所述微带贴片保持一定的距离。
进一步地，所述微带贴片与所述激励贴片之间的间距小于或等于一个工作波长
进一步地，相邻两所述微带贴片或相邻两所述激励贴片之间的间距等于一个介质波长。
进一步地，所述馈电网络还包括：
一分二功分器，包括用于连接激励源的输入端、第一输出端和第二输出端；
第一传输线，与所述第一输出端连接，并串联至少两所述激励贴片；以及
第二传输线，与所述第二输出端连接，并串联至少两所述激励贴片；
所述第一传输线和所述第二传输线分布于所述一分二功分器的相对两侧。
进一步地，所述一分二功分器为T型功分器。
进一步地，所述第一输出端与所述第二输出端的功分比为1:1。
进一步地，所述第一传输线的长度与所述第二传输线的长度之差等于半个介质波长的奇数倍。
进一步地，所述第二传输线包括：
180°移相结构，分布于所述第二输出端和相邻于所述第二输出端的所述激励贴片之间。
进一步地，串联于所述第一传输线上的所述激励贴片的数量与串联于所述第二传输线上的所述激励贴片的数量相等。
本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线的有益效果在于：采用了天线罩作为支撑微带贴片的介质基板，使得微带贴片即使与馈电网络不在轴向的同一平面上，也不需要增加一层介质基板来支撑，从而有效地解决了由于微带贴片与馈电网络不在轴向的同一平面上，导致阵列天线需要多加一层介质基板来支撑微带贴片的技术问题，减少了介质材料的损耗，降低了天线的生产成本，并且由于将天线罩作为介质基板进行天线的一体化设计，相较传统的两层介质基板的设计，减少了两层介质分界面，使得辐射方向图的图形更加平滑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的耦合馈电毫米波阵列天线的立体示意图；
图2为本发明实施例提供的耦合馈电毫米波阵列天线的局部主视示意图；
图3为本发明实施例提供的耦合馈电毫米波阵列天线中馈电网络的结构示意图；
图4为图1中A部分的放大示意图；
图5为本发明实施例提供的耦合馈电毫米波阵列天线的辐射方向图。
其中，图中各附图标记：
1—耦合馈电毫米波阵列天线、10—天线罩、20—金属地板、30—介质基板、40—微带贴片、50—馈电网络、51—激励贴片、52—一分二功分器、53—第一传输线、54—第二传输线、521—输入端、522—第一输出端、523—第二输出端、540—180°移相结构。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现对本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线进行说明。
请参阅图1和图2，该耦合馈电毫米波阵列天线1包括天线罩10、金属地板20、介质基板30、至少两个微带贴片40和馈电网络50，其中，天线罩10由非导电材料，如：塑胶材料、陶瓷材料等制成，可以有效地避免对天线信号的屏蔽；金属地板20与天线罩10相对，并且金属地板20间隔设置在天线罩10的一侧；介质基板30附着在金属地板20的朝向天线罩10的表面上，用于支撑金属地板20和馈电网络50；至少两个微带贴片40间隔地附着在天线罩10的朝向介质基板30的表面上；馈电网络50设置在介质基板30的表面上，此处馈电网络50包括至少两个激励贴片51，至少两个激励贴片51间隔设置，并且激励贴片51位于微带贴片40在介质基板30表面的投影区域内，即激励贴片51可以与微带贴片40一一对应耦合，并且激励贴片51与微带贴片40保持一定的距离，即激励贴片51与微带贴片40之间以空气作为介质隔离。
可以理解的是，微带贴片40呈矩形薄片状，其实际尺寸根据具体工作频段决定，并且通过喷涂或者电镀等工艺形成导电的金属薄片，附着在天线罩10的表面；而激励贴片51的实际尺寸和形状是根据耦合度和阻抗的要求进行设计调试。
可选地，在本发明提供的实施方式中，介质基板30以环氧树脂、聚苯醚树脂或者氟系树脂为主要材料制成，即介质基板30为高频基板，其具有介电常数小且稳定、介质损耗小、与铜箔的热膨胀系数接近、吸水性低、耐热性好、抗化学性高等特点，可以满足通信设备高频化的发展趋势。
本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线1，采用了天线罩10作为支撑微带贴片40的介质基板，使得微带贴片40即使与馈电网络50不在轴向的同一平面上，也不需要增加一层介质基板来支撑，从而有效地解决了由于微带贴片与馈电网络不在轴向的同一平面上，导致阵列天线需要多加一层介质基板来支撑微带贴片的技术问题，减少了介质材料的损耗，降低了天线的生产成本，并且由于将天线罩10作为介质基板进行天线的一体化设计，相较传统的两层介质基板的设计，减少了两层介质分界面，使得辐射方向图(如图5所示)的图形更加平滑。
进一步地，请参阅图2，作为本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线的一种具体实施方式，微带贴片40与激励贴片51之间的间距小于或者等于一个工作波长(λ)，这样可以确保微带贴片40与激励贴片51之间耦合强度，同时使得天线罩10与介质基板30之间的距离不会太远，进而降低了整个耦合馈电毫米波阵列天线1的厚度，有利于耦合馈电毫米波阵列天线1的安装及提升其美观度。
进一步地，请参阅图2和图3，作为本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线的一种具体实施方式，相邻的两个微带贴片40之间或者相邻的两个激励贴片51之间的间距等于一个介质波长。具体地，至少两个微带贴片40和至少两个激励贴片51分别呈等间隔排列，其中，相邻的两个微带贴片40之间的间距等于一个介质波长(λg)，或者相邻的两个激励贴片51之间的间距等于一个介质波长(λg)，这样有利于相邻的两个微带天线的激励相位设计，避免了相邻的两个微带天线之间的间距过近导致发生过耦合、或者过远导致主瓣衰减。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线的一种具体实施方式，馈电网络50还包括一分二功分器52、第一传输线53和第二传输线54，其中，一分二功分器52包括用于连接激励源的输入端521、第一输出端522和第二输出端523，第一传输线53与一分二功分器52的第一输出端522连接，并且第一传输线53将至少两个激励贴片51串联在一起，第二传输线54与一分二功分器52的第二输出端523连接，并且第二传输线54将至少两个激励贴片51串联在一起，第一传输线53和第二传输线54分布在一分二功分器52的相对两侧，即第一传输线53和第二传输线54朝相反的两个方向延伸。具体地，一分二功分器52为T型功分器，输入端521附着在介质基板30的表面上，无需在介质基板30上开设过孔即可与毫米波芯片射频引脚(激励源)直接相连，第一输出端522与第二输出端523的功分比为1:1，第一传输线53与第二传输线54通过一分二功分器52实现并联，并且位于第一输出端522一侧的至少两个激励贴片51通过第一传输线53串联，位于第二输出端523一侧的至少两个激励贴片51通过第二传输线54串联，这样整个馈电网络50采用了第一传输线53与第二传输线54并联及多个激励贴片51串联成两列线阵的方式进行馈电，可以有效地增加耦合馈电毫米波阵列天线1的带宽，减少了馈电传输线因阻抗不连续而产生的反射和插损。
进一步地，请参阅图3和图4，作为本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线的一种具体实施方式，第一传输线53的长度与第二传输线54的长度之差等于半个介质波长(0.5λg)的奇数倍，并且第二传输线54包括180°移相结构540，该180°移相结构540分布在第二输出端523和与第二输出端523相邻的激励贴片51之间，即180°移相结构540由该半个介质波长的奇数倍长度的第二传输线523弯折形成。具体地，此处相邻的两个激励贴片51之间的间距始终保持为一个介质波长(λg)，180°移相结构540和一分二功分器52连接在一个介质波长的间隔内，其中，180°移相结构540包括一个半圆弧部和两个90°折叠部，两个90°折叠部位于半圆弧部的相对两侧，一个90°折叠部与第二输出端523相连，另一个90°折叠部与激励贴片51相连，这样使得从激励源流入第一传动线53和第二传输线54的电流方向相同，进而降低了两列线阵之间的相位差。
进一步地，请参阅图3，作为本发明提供的耦合馈电毫米波阵列天线的一种具体实施方式，串联在第一传输线53上的激励贴片51的数量与串联在第二传输线54上的激励贴片51的数量相等，即第一输出端522至第一传输线53末端的距离等于第二输出端523至第二传输线54末端的距离，这样使得一分二功分器52位于整个线阵的中心，并且由于从激励源流入第一传动线53和第二传输线54的电流方向相同，从而确保了整个线阵相对两侧的相位差为0。
以上仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.耦合馈电毫米波阵列天线，其特征在于，包括：
天线罩，由非导电材料制成；
金属地板，相对并间隔设置于所述天线罩的一侧；
介质基板，附着于所述金属地板的朝向所述天线罩的表面上；
至少两微带贴片，间隔地附着于所述天线罩的朝向所述介质基板的表面上；以及
馈电网络，设置于所述介质基板的表面上，所述馈电网络包括间隔设置的至少两激励贴片，所述激励贴片位于所述微带贴片于所述介质基板表面的投影区域内，所述激励贴片与所述微带贴片保持一定的距离；
所述馈电网络还包括：
一分二功分器，包括用于连接激励源的输入端、第一输出端和第二输出端；
第一传输线，与所述第一输出端连接，并串联至少两所述激励贴片；以及
第二传输线，与所述第二输出端连接，并串联至少两所述激励贴片；
所述第一传输线和所述第二传输线分布于所述一分二功分器的相对两侧；
所述第一传输线的长度与所述第二传输线的长度之差等于半个介质波长的奇数倍；
所述第二传输线包括180°移相结构，分布于所述第二输出端和相邻于所述第二输出端的所述激励贴片之间，180°移相结构包括一个半圆弧部和两个90°折叠部，两个90°折叠部位于半圆弧部的相对两侧，一个90°折叠部与第二输出端相连，另一个90°折叠部与激励贴片相连。
2.如权利要求1所述的耦合馈电毫米波阵列天线，其特征在于，所述微带贴片与所述激励贴片之间的间距小于或等于一个工作波长。
3.如权利要求2所述的耦合馈电毫米波阵列天线，其特征在于，相邻两所述微带贴片或相邻两所述激励贴片之间的间距等于一个介质波长。
4.如权利要求1所述的耦合馈电毫米波阵列天线，其特征在于，所述一分二功分器为T型功分器。
5.如权利要求4所述的耦合馈电毫米波阵列天线，其特征在于，所述第一输出端与所述第二输出端的功分比为1:1。
6.如权利要求1所述的耦合馈电毫米波阵列天线，其特征在于，串联于所述第一传输线上的所述激励贴片的数量与串联于所述第二传输线上的所述激励贴片的数量相等。
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- 2019-05-22 CN CN201910430643.2A patent/CN110112557B/zh active Active
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