CN110880644A - 一种宽角辐射微带贴片天线 - Google Patents

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董建明
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Abstract

本发明公开了一种宽角辐射微带贴片天线,属于天线测绘领域，包括下层介质板，还包括上层介质板，上层介质板位于下层介质板正上方，上层介质板与下层介质板之间形成充满空气的通信空腔；位于下层介质板的上表面具有下矩形微带贴片，位于下矩形微带贴片的均匀布设有四个向上伸出的寄生辐射矩形贴片，所述的寄生辐射矩形贴片与下矩形微带贴片的侧沿电连接。本发明的天线结构简单、紧凑，且可满足宽带宽角圆极化辐射要求，同时该天线满足电小尺寸要求，可作为相控阵阵列天线的辐射单元。

Description

一种宽角辐射微带贴片天线
技术领域
本发明涉及通信、导航、测控、雷达测控等天线测控领域中的一种宽角辐射贴片天线。
背景技术
当前在通信、导航、测控系统中广泛应用圆极化天线，其具有抗干扰，抑制电磁波多径效应的特点，圆极化天线主要有以下几种结构形式，在性能上虽各有特点，但均存在某种不足。
1、切角圆极化微带天线：该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2％。
2、外接圆极化电桥的圆极化微带天线形式，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽通常其小于3dB轴比带宽大于15％，小于2的驻波带宽大于20％，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化设计。
3、波导结构圆极化天线，该形式的辐射效率高、轴比小于3dB的带宽大于15％，但是馈电网络占用空间较大、结构笨重，不利于天线低轮廓设计。
发明内容
本发明目的在于针对天线设计中实现圆极化辐射、展宽圆极化辐射带宽，波束展宽等技术难题，提出的一种新的微带天线形式，此种天线较适合应用于要求宽角圆极化辐射天线通信、导航、测控系统中使用，具备天线阻抗、轴比带宽宽，结构简单、紧凑、成本低，可实现天线宽角辐射，馈电结构与辐射贴片一体化设计等特点。
本发明是这样实现的1.一种宽角辐射微带贴片天线,包括下层介质板2，其特征在于：还包括上层介质板1，上层介质板1位于下层介质板2正上方，上层介质板1与下层介质板2之间形成充满空气的通信空腔；
位于下层介质板2的上表面具有下矩形微带贴片，位于下矩形微带贴片的均匀布设有四个向上伸出的寄生辐射矩形贴片4，所述的寄生辐射矩形贴片4与下矩形微带贴片的侧沿电连接。
进一步的，所述的寄生辐射矩形贴片4为金属片体。
进一步的，寄生辐射矩形贴片4所在平面与下层介质板2所在平面垂直。
进一步的，位于上层介质板1的上表面具有上矩形微带贴片，所述的下矩形微带贴片与上矩形微带贴片正对。
进一步的，所述的下矩形微带贴片的任意两个正对拐角处切角，切角形状为等腰三角形，上矩形微带贴片和下矩形微带贴片形状一致。
进一步的，位于下层介质板2上开有馈入开口。
本发明与背景技术比较有如下优点：
1、本发明设置了宽角辐射微带贴片天线1部件，该天线为圆极化天线形式，其由辐射层1、馈电网络层2、背腔层3、射频接插件4构成，能在宽频带内产生高质量的圆极化定向波束，其小于3dB轴比带宽大于27.5％，小于2的驻波带宽大于25％，3dB轴比波束宽度大于100°。
2、本发明的天线结构简单、紧凑，且可满足宽带宽角圆极化辐射要求，同时该天线满足电小尺寸要求，可作为相控阵阵列天线的辐射单元。
附图说明
图1是本发明天线分层结构示意图；
图2是本发明天线上层介质板示意图；
图3是本发明天线下层结构示意图；
图4是本发明天线下层介质板馈源口的波长示意图；
图5是本发明天线的驻波曲线图；
图6是本发明宽角轴比方向图；
附图标记说明：
上层介质板1、下层介质板2、射频接插件3、寄生辐射矩形贴片4、上矩形微带贴片5、下矩形微带贴片6。
边长a、微带贴片边长为b、等腰三角形c、腰长d、宽度W、高度H、馈点距上矩形微带贴片的几何中心距离p
具体实施方式
参照图1、图2和图3，图4本发明宽角辐射微带贴片天线其由上层介质板1、下层介质板2、射频接插件3、寄生辐射矩形贴片4，其特征在于：
上层介质板1为微波印制板材料FR4，呈正方向片状结构，厚度1mm，介电常数4.4，其下表面敷刻有一个上矩形微带贴片5，边长为a＝0.28λ，λ为天线工作的中心频点对应波长，做切角处理，切去部分为等腰三角型结构，腰长c＝0.04λ0，上层介质板1上表面无敷铜层；
下层介质板2设置在上层介质板1的正下方，微波印制板材料为TLX-8，呈正方向片状结构，厚度1mm，介电常数2.55，上表面敷刻有下矩形微带贴片6，同样同样采用切角方式实现圆极化设计，边长为b＝0.34λ0，做切角处理，切去部分为等腰三角型结构，腰长d＝0.05λ0。
在下矩形微带贴片6的四个边，旋转对称设置有四个寄生辐射矩形贴片4，寄生辐射矩形贴片4所在平面与下层介质板2所在平面垂直，其材料为铜片结构，厚度2mm，所述的下矩形微带贴片6的任意两个正对拐角处切角，切角形状为等腰三角形，上矩形微带贴片和下矩形微带贴片形状一致。
所述的下矩形微带贴片与上矩形微带贴片正对。
所述的寄生辐射矩形贴片4为金属片体，其设置在介质板1和下层介质2之间，其长边延伸方向与介质板所在平面呈直角，其一端与正方形贴片5焊接电接触设计，另一端与上层介质板1接触支撑设计；其中为了满足天线的展宽波束设计、宽带阻抗匹配设计，其电尺寸限制是宽度W＝0.15λ0，高度L＝0.25λ0，这样构成了天线上、下两层介质板之间的物理支撑，同时实现天线辐射方向图宽波束的设计。
同轴接插件3馈接在下层印制板上，外导体焊接在金属地7上，内导体焊接在正方形辐射贴片6上，位于下层介质板2上开有馈入开口，馈入开口距正方形辐射贴片5的几何中心距离p＝0.13λ0，馈入开口与正方型贴片6几何中心点连线与正方形的边垂直，接插件3作为输入、输出信号的外部元件。
本发明工作原理如下：当天线发射信号时，发射机发射信号，输入射频接插件3，信号在经由正方形贴片6和四个寄生辐射矩形贴片4构建的辐射体，产生谐振信号，经由空气耦合到设置在上层介质板1的下表面的正方型贴片5上，并产生二次电磁谐振，其上分布的电流为波腹分布状态，满足电磁波强辐射的边界条件，最终辐射到自由空间。
如图所示，提供的一种宽角辐射微带贴片天线,包括下层介质板2，和上层介质板1，上层介质板1位于下层介质板2正上方，上层介质板1与下层介质板2之间形成充满空气的通信空腔；
位于下层介质板2的上表面具有下矩形微带贴片，位于下矩形微带贴片的均匀布设有四个向上伸出的寄生辐射矩形贴片4，所述的寄生辐射矩形贴片4与下矩形微带贴片的侧沿电连接。
下矩形微带贴片和上矩形微带贴片都为microstrip patch贴片。
当天线接收信号时，圆极化电磁波在正方型贴片5上产生谐振，并通过空气介质耦合到正方形贴片6和四个寄生辐射矩形贴片4构建的辐射体上，经由正方形贴片6实现对电磁信号的二次谐振，满足最强信号接收，最后能量汇聚在接插件3馈电点位置上，由射频接插件3输送给接收机。

Claims (6)

1.一种宽角辐射微带贴片天线,包括下层介质板(2)，其特征在于：还包括上层介质板(1)，上层介质板(1)位于下层介质板(2)正上方，上层介质板(1)与下层介质板(2)之间形成充满空气的通信空腔；
位于下层介质板(2)的上表面具有下矩形微带贴片，位于下矩形微带贴片的均匀布设有四个向上伸出的寄生辐射矩形贴片(4)，所述的寄生辐射矩形贴片(4)与下矩形微带贴片的侧沿电连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽角辐射微带贴片天线,其特征在于：所述的寄生辐射矩形贴片(4)为金属片体。
3.根据权利要求1所述的一种宽角辐射微带贴片天线,其特征在于：寄生辐射矩形贴片(4)所在平面与下层介质板(2)所在平面垂直。
4.根据权利要求1所述的一种宽角辐射微带贴片天线,其特征在于：位于上层介质板(1)的上表面具有上矩形微带贴片(5)，所述的下矩形微带贴片与上矩形微带贴片正对。
5.根据权利要求4所述的一种宽角辐射微带贴片天线,其特征在于：所述的下矩形微带贴片(6)的任意两个正对拐角处切角，切角形状为等腰三角形，上矩形微带贴片和下矩形微带贴片形状一致。
6.根据权利要求4所述的一种宽角辐射微带贴片天线,其特征在于：位于下层介质板(2)上开有馈入开口。
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