CN110649394A - 一种微带行波阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微带行波阵列天线，包含：连接铜柱、带状微带线、天线端口接头、从上至下依序设置的第一层微带基板至第三层微带基板；第一层微带基板第一侧设有第一至第N辐射贴片，用于辐射微波信号；第一层微带基板第二侧设置有第一至第N‑1阻抗变换线，用于调节第一至第N辐射贴片之间的阻抗匹配；相邻的辐射贴片之间连接设置有一个相位延迟线；带状微带线设置在第二层微带基板和第三层微带基板之间，若干个过氧化孔垂直穿设第二层微带基板和第三层微带基板，分布在带状微带线两侧；天线端口接头自第三层微带基板下方垂直穿设第三层微带基板，连接带状微带线第二端。通过连接铜柱连接带状微带线第一端和N个辐射贴片。

Description

一种微带行波阵列天线

技术领域

本发明涉及天线领域，具体涉及一种微带行波阵列天线。

背景技术

在现代移动通信领域中,随着通信业的发展,移动通信体上装载的通信设备越来越多。因此,尽量减少通信设备所占空间,提高通信设备的性能便成为人们所追求的目标。

现在常用行波阵列天线形式为波导缝隙天线。波导缝隙天线具有较高的功率容量、较低的交叉极化、较低的馈电损耗以及较高的效率，长被广泛应用于雷达和通信领域。但是，波导缝隙天线工作频带很窄，相对带宽一般在1％-4％之间。且波导缝隙天线通常较重，不易加工且成本较高。

微带天线由于其成本低、质量轻、便于安装等优点,在现代移动通信中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微带行波阵列天线，从上至下包含依序设置的第一层至第三层微带基板。第二层与第三层微带基板之间设有一个微带传输线，通过改变所述带状微带线的长度，实现天线端口接头在第三层微带基板的任意位置馈电，使所述微带行波阵列天线满足不同场所的安装需求，并且本发明的微带行波阵列天线比波导缝隙天线具有更宽的带宽。

为了达到上述目的，本发明提供一种微带行波阵列天线，包含：三层微带基板、带状微带线、天线端口接头；

所述三层微带基板，从上至下分别为第一层微带基板至第三层微带基板；

第一层微带基板第一侧设有第一至第N辐射贴片，用于辐射微波信号；第一辐射贴片至第N辐射贴片依序从第一层微带基板第一端分布至第一层微带基板第二端；

第一层微带基板第二侧设置有第一至第N-1阻抗变换线，用于调节第一至第N辐射贴片之间的阻抗匹配；第i阻抗变换线与第i辐射贴片相对，并通过第i微带传输线连接第i辐射贴片，i∈[1,N-1]；

第一层微带基板第二侧还设置有第一至第N-1相位延迟线；第j相位延迟线连接设置在第j阻抗变换线和第j+1阻抗变换线之间，j∈[1,N-2]；第N-1相位延迟线连接设置在第N-1阻抗变换线和第N辐射贴片之间；通过第k相位延迟线为第k辐射贴片提供相位差，使得所述微带行波阵列天线形成具有倾斜波束指向的辐射方向图；其中k∈[1,N-1]。

所述带状微带线设置在第二层微带基板和第三层微带基板之间，带状微带线第一端对应第二微带基板第一端，带状微带线第二端对应第二微带基板第二端；若干个过氧化孔垂直穿设第二层微带基板和第三层微带基板，分布在所述带状微带线两侧；所述过氧化孔为穿设第二层微带基板和第三层微带基板的通孔；

所述天线端口接头自第三层微带基板第二端的下方垂直穿设第三层微带基板，连接带状微带线第二端；通过所述天线端口接头连接外部的铜轴线，输入电磁信号；第一至第N辐射贴片根据输入的电磁信号辐射对应的微波信号。

第一至第N-1阻抗变换线,沿垂直于所述微带行波阵列天线的长度方向，具有不同的长度。

第i辐射贴片具有矩形结构，其相对于第一层微带基板第二侧的一侧设有两个矩形缺口，i∈[1,N]；第j微带传输线第一端连接设置在第j辐射贴片两个矩形缺口之间，第j微带传输线第二端连接第j阻抗变换线第二端,j∈[1,N-1]。

第一至第N-1相位延迟线均具有U形结构，所述U形结构的开口朝向第一层微带基板第一侧，U形结构封闭端的两端具有三角形切角结构，通过所述三角形切角结构更好的实现第一至第N辐射贴片之间的阻抗匹配；第j相位延迟线开口端的第一端连接第j阻抗变换线第二端，第j相位延迟线开口端的第二端连接第j+1阻抗变换线第一端；其中j∈[1,N-2]；第N-1相位延迟线开口端的第一端连接在第N-1阻抗变换线第二端，第N-1相位延迟线开口端的第二端通过第N微带传输线连接第N辐射贴片两个矩形缺口之间。

所述过氧化孔为偶数个，分布为两列M排；两列过氧化孔对称分布在带状微带线两侧；从带状微带线第一端至带状微带线第二端，分布有第一排过氧化孔至第M排过氧化孔，每排设有两个过氧化孔；带状微带线第一端设置在第一排的两个过氧化孔之间，带状微带线的第二端设置在第M-1排与第M排过氧化孔之间。

所述微带行波阵列天线，还包含第一层地板和第二层地板；所述第一层地板通过导电胶粘贴在第一层微带基板与第二层微带基板之间；第一层地板设有一个与所述天线端口接头位置对应的第一圆孔，第二层地板通过导电胶粘贴在第三层微带基板底部；天线端口接头自第三层微带基板下方依序穿设第二层地板、第三层微带基板、微带传输线第二端、第二层微带基板、第一圆孔，进行馈电。

所述微带行波阵列天线，还包含一个连接铜柱，设置在第一层微带基板第一端，从上至下依序竖直的穿设并焊接第一层微带基板、第一层地板、第二层微带基板、带状微带线第一端；连接铜柱不自第一层微带基板上方伸出；所述连接铜柱还通过设置在第一层微带基板的第N+1微带传输线连接第一阻抗变换线第一端，实现第一至第N辐射贴片连接带状微带线。

优选的，N＝8。

优选的，M＝32。

与现有技术相比，本发明的微带行波阵列天线具有重量轻，易于加工制作和低成本等优点。通过改变带状微带线的长度，实现天线端口接头在第三层微带基板的任意位置馈电，使本发明的微带行波阵列天线满足不同场所的安装需求。本发明的微带行波阵列天线工作于K波段，相对带宽为4％，相比于一般的波导缝隙天线具有更宽的带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例一的第一层微带基板俯视图；

图2为本发明实施例一的微带行波阵列天线侧视图；

图3为本发明实施例一的第三层微带基板俯视图；

图中：11～18：第一辐射贴片～第八辐射贴片；

110～116：第一阻抗变换线～第七阻抗变换线；

117～123：第一相位延迟线～第七相位延迟线；

21：连接铜柱；22：第一层微带基板；23：过氧化孔；24：第二层微带基板；25：第三层微带基板；26、第二层地板；27：第一层地板；28：天线端口接头；

31～39：第一微带传输线～第九微带传输线；

4、带状微带线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供本发明提供一种微带行波阵列天线，包含：三层微带基板、带状微带线4、天线端口接头28、连接铜柱21、第一层地板27、第二层地板26。

如图2所示，所述三层微带基板，从上至下分别为第一层微带基板22、第二层微带基板24、第三层微带基板25。第一层微带基板第一端对应第二层微带基板第一端、第二层微带基板第一端；第一层微带基板第二端对应第二层微带基板第二端、第二层微带基板第二端。

如图1所示，第一层微带基板第一侧设有第一至第N辐射贴片，用于辐射微波信号；第一辐射贴片至第N辐射贴片依序从第一层微带基板第一端分布至第一层微带基板第二端。在本发明的实施例一中，N＝8。第一层微带基板第一侧分布有第一辐射贴片11至第八辐射贴片18。每个辐射贴片均具有矩形结构，且每个辐射天线相对第一层微带基板第二侧的一侧均设有两个矩形缺口，用于调节微带馈线和辐射贴片的阻抗匹配。

如图1所示，第一层微带基板第二侧设置有第一至第N-1阻抗变换线，用于调节第一至第N辐射贴片之间的阻抗匹配。通过阻抗变换线调整辐射贴片之间的阻抗匹配，此为现有技术。第一至第N-1阻抗变换线,沿垂直于所述微带行波阵列天线的长度方向，具有不同的宽度。阻抗变换线的宽度与阻抗值成反比，通过调整第一至第N-1阻抗变换线的宽度，改变第一至第N-1阻抗变换线的阻抗值。

第i阻抗变换线与第i辐射贴片相对，并通过第i微带传输线连接第i辐射贴片，i∈[1,N-1]。第j微带传输线第一端连接设置在第j辐射贴片两个矩形缺口之间，第j微带传输线第二端连接第j阻抗变换线第二端,j∈[1,N-1]。

在本发明的实施例一中，第一层微带基板第二侧设置有第一阻抗变换线110～第七阻抗变换线116。

如图1所示，第一层微带基板第二侧还设置有第一至第N-1相位延迟线、第一至第N+1微带传输线。在本发明的实施例一中，设有第一相位延迟线第一117～第七相位延迟线123，第一微带传输线31～第九微带传输线39。第一相位延迟线至第N-1相位延迟线均具有U形结构，所述U形结构的开口朝向第一层微带基板第一侧，U形结构封闭端的两端具有三角形切角结构，通过所述三角形切角结构更好的实现第一至第N辐射贴片之间的阻抗匹配。第j相位延迟线开口端的第一端连接第j阻抗变换线第二端，第j相位延迟线开口端的第二端连接第j+1阻抗变换线第一端，其中j∈[1,N-2]。第N-1相位延迟线开口端的第一端连接在第N-1阻抗变换线第二端，第N-1相位延迟线开口端的第二端通过第N微带传输线连接第N辐射贴片两个矩形缺口之间。通过第k相位延迟线为第k辐射贴片提供相位差，使得所述微带行波阵列天线形成具有倾斜波束指向的辐射方向图，其中k∈[1,N-1]。

如图3所示，所述带状微带线4设置在第二层微带基板24和第三层微带基板25之间。如图2、图3所示，2M个过氧化孔23垂直穿设第二层微带基板24和第三层微带基板25，分布在所述带状微带线两侧；所述过氧化孔23为穿设第二层微带基板24和第三层微带基板25的通孔。如图2、图3所示，所述过氧化孔23分布为两列M排；两列过氧化孔23对称分布在带状微带线两侧；从带状微带线第一端至带状微带线第二端，分布有第一排过氧化孔23至第M排过氧化孔23，每排设有两个过氧化孔23。带状微带线第一端端部设置在第一排的两个过氧化孔23之间，带状微带线第二端端部设置在第M-1排与第M排过氧化孔23之间。在本发明的实施例一中，M＝32，包含64个过氧化孔23，分布为2列32行。所述过氧化孔23为金属过氧化孔。

所述第一层地板27通过导电胶粘贴在第一层微带基板与第二层微带基板24之间；第一层地板27设有一个与带状微带线第二端端部位置对应的第一圆孔，第二层地板26通过导电胶粘贴在第三层微带基板底部。

所述天线端口接头28自第三层微带基板第二端下方依序穿设第二层地板26、第三层微带基板25、带状微带线第二端端部、第二层微带基板24、第一圆孔，进行馈电。所述天线端口接头28即为本发明的微带行波阵列的馈电点。

所述天线端口接头28还连接外部的铜轴线，用于输入电磁信号；第一至第N辐射贴片根据输入的电磁信号辐射对应的微波信号。

如图1、图3所示，所述连接铜柱21从上至下依序竖直的穿设并焊接第一层微带基板22、第一层地板27、第二层微带基板24、带状微带线第一端。连接铜柱21不自第一层微带基板22上方伸出。所述连接铜柱21还通过设置在第一层微带基板22的第N+1微带传输线连接第一阻抗变换线第一端，实现第一至第N辐射贴片连接带状微带线4。在本发明的实施例一中，连接铜柱21通过第九微带传输线连接第一阻抗变换线第一端。

通过第一层地板27、第二层微带基板24、带状微带线4、第三层微带基板25、2M个过氧化孔23形成带状线结构。带状线结构第一端通过所述连接铜柱21连接第一至第N辐射贴片,带状线结构第二端连接天线端口接头28。通过改变带状线结构第二端的位置，也即是通过改变带状微带线第二端端部的位置，改变所述微带行波阵列天线馈电点的位置，实现在第三层微带基板25的任意位置馈电，满足不同场所的安装需求。

与现有技术相比，本发明的微带行波阵列天线具有重量轻，易于加工制作和低成本等优点。通过改变带状微带线4的长度，实现天线端口接头28在第三层微带基板25的任意位置馈电，使本发明的微带行波阵列天线满足不同场所的安装需求。本发明的微带行波阵列天线工作于K波段，相对带宽为4％，相比于一般的波导缝隙天线具有更宽的带宽。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种微带行波阵列天线，其特征在于，包含：三层微带基板、带状微带线、天线端口接头；

所述三层微带基板，从上至下分别为第一层微带基板至第三层微带基板；

第一层微带基板第一侧设有第一至第N辐射贴片，用于辐射微波信号；第一辐射贴片至第N辐射贴片依序从第一层微带基板第一端分布至第一层微带基板第二端；

第一层微带基板第二侧设置有第一至第N-1阻抗变换线，用于调节第一至第N辐射贴片之间的阻抗匹配；第i阻抗变换线与第i辐射贴片相对，并通过第i微带传输线连接第i辐射贴片，i∈[1,N-1]；

第一层微带基板第二侧还设置有第一至第N-1相位延迟线；第j相位延迟线连接设置在第j阻抗变换线和第j+1阻抗变换线之间，j∈[1,N-2]；第N-1相位延迟线连接设置在第N-1阻抗变换线和第N辐射贴片之间；通过第k相位延迟线为第k辐射贴片提供相位差，k∈[1,N-1]；

所述带状微带线设置在第二层微带基板和第三层微带基板之间，带状微带线第一端对应第二微带基板第一端，带状微带线第二端对应第二微带基板第二端；若干个过氧化孔垂直穿设第二层微带基板和第三层微带基板，分布在所述带状微带线两侧；

所述天线端口接头自第三层微带基板第二端的下方垂直穿设第三层微带基板，连接带状微带线第二端；通过所述天线端口接头连接外部的铜轴线，输入电磁信号。

2.如权利要求1所述的微带行波阵列天线，其特征在于，第一至第N-1阻抗变换线,沿垂直于所述微带行波阵列天线的长度方向，具有不同的长度。

3.如权利要求1所述的微带行波阵列天线，其特征在于，第i辐射贴片具有矩形结构，其相对于第一层微带基板第二侧的一侧设有两个矩形缺口，i∈[1,N]；第j微带传输线第一端连接设置在第j辐射贴片两个矩形缺口之间，第j微带传输线第二端连接第j阻抗变换线第二端,j∈[1,N-1]。

4.如权利要求3所述的微带行波阵列天线，其特征在于，第一至第N-1相位延迟线均具有U形结构，所述U形结构的开口朝向第一层微带基板第一侧，U形结构封闭端的两端具有三角形切角结构；第j相位延迟线开口端的第一端连接第j阻抗变换线第二端，第j相位延迟线开口端的第二端连接第j+1阻抗变换线第一端；其中j∈[1,N-2]；第N-1相位延迟线开口端的第一端连接在第N-1阻抗变换线第二端，第N-1相位延迟线开口端的第二端通过第N微带传输线连接第N辐射贴片两个矩形缺口之间。

5.如权利要求1所述的微带行波阵列天线，其特征在于，所述过氧化孔为偶数个，分布为两列M排；两列过氧化孔对称分布在带状微带线两侧；从带状微带线第一端至带状微带线第二端，分布有第一排过氧化孔至第M排过氧化孔，每排设有两个过氧化孔；带状微带线第一端设置在第一排的两个过氧化孔之间，带状微带线的第二端设置在第M-1排与第M排过氧化孔之间。

6.如权利要求5所述的微带行波阵列天线，其特征在于，还包含第一层地板和第二层地板；所述第一层地板通过导电胶粘贴在第一层微带基板与第二层微带基板之间；第一层地板设有一个与所述天线端口接头位置对应的第一圆孔，第二层地板通过导电胶粘贴在第三层微带基板底部；天线端口接头自第三层微带基板下方依序穿设第二层地板、第三层微带基板、微带传输线第二端、第二层微带基板、第一圆孔，进行馈电。

7.如权利要求6所述的微带行波阵列天线，其特征在于，还包含一个连接铜柱，设置在第一层微带基板第一端，从上至下依序竖直的穿设并焊接第一层微带基板、第一层地板、第二层微带基板、带状微带线第一端；连接铜柱不自第一层微带基板上方伸出；所述连接铜柱还通过设置在第一层微带基板的第N+1微带传输线连接第一阻抗变换线第一端，实现第一至第N辐射贴片连接带状微带线。

8.如权利要求1所述的微带行波阵列天线，其特征在于，N＝8。

9.如权利要求5所述的微带行波阵列天线，其特征在于，M＝32。

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