CN111029734A - 一种超宽带端射天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超宽带端射天线，属于微波天线设计领域；包括第一介质板、微带线馈电层、第二介质板、缝隙对数周期天线、金属反射腔和吸波胶层；其中，第一介质板为水平放置的板状结构；微带线馈电层为薄片结构；微带线馈电层为薄片结构安装在第一介质板的下表面；第二介质板安装在微带线馈电层的下表面；缝隙对数周期天线为对称弯折形状；缝隙对数周期天线安装在第二介质板的下表面；金属反射腔为中空腔体结构；金属反射腔安装在缝隙对数周期天线的底部；吸波胶层水平固定安装在金属反射腔的内部底端；本发明通过缝隙偶极子单元臂弯折技术减小天线宽度，采用天线反射腔底部加载吸波胶层的方式降低天线厚度，从而实现天线小型化目标。

Description

一种超宽带端射天线
技术领域
本发明属于微波天线设计领域，涉及一种超宽带端射天线。
背景技术
对数周期天线具有优良的超宽带特性，其原理介绍如下。
基于缝隙偶极子的对数周期天线以折合缝隙偶极子为单元，各个折合缝隙偶极子之间按照对数周期律扩展。传统的对数周期偶极子天线由N个并联的偶极振子组成，第i个振子长度为2li，至几何顶点O的距离为Ri，它与相邻振子的间距为di。这些参数都随序号按如下规律变化：
Figure BDA0002279578670000011
比例因子τ称为缩比因子，通常取为0.8-0.95。
相邻折合缝隙偶极子之间相位差需要满足Hansen-Woodyard条件，称为增强型端射辐射条件，使得对数周期天线形成端射增益。
βL＝π+kLi
式中Li＝2li是单个偶极子的长度，β是偶极子上的相位常数，k为自由空间相位常数。
因此，按照对数周期律排布多个缝隙天线，即形成对数周期缝隙天线，基于对数周期的非频变特性则可以在扩展天线带宽的同时保持缝隙天线自身的辐射特性不发生大的改变，比如依然能保持较低的交叉极化，维持辐射方向图不变等。仿照对数周期偶极子天线的基本原理，只需要对所设计的对数周期缝隙天线进行合理的馈电设计，使之具备相邻缝隙单元反相馈电的特点，即可形成超宽带端射辐射。
文献(一种基于对数周期缝的超宽带共形端射天线，电子科技大学、电子科技集团公司第二十九研究所)通过异面共面波导-微带线转换装置层实现天线馈电，金属背腔腔元通过腔体宽度和腔深变化，以腔体最厚10mm的尺寸，在6-18GHz超宽频带内实现端射辐射。文献(新型宽带微带对数周期阵列天线，上海交通大学)通过共面微带线馈电，折叠低频偶极子天线实现减小天线尺寸的作用。文献(共面波导馈电折叠缝隙对数周期天线的研究，宋立众)通过渐变线阻抗变换结构馈电优化阻抗匹配，通过缝隙槽优化天线低频性能，获得2至18GHz带宽内驻波比低于3.5的对数周期天线。文献(超宽带弹载共形天线设计，贺友龙)通过共面微带线馈电方式，使得天线适用于曲面共形安装，利用反射腔体添加的吸波蜂窝材料，将天线厚度缩小到30mm。
上述对数周期天线都具有端射、宽频带和小尺寸特点，同等带宽条件下，尺寸与本文提出的天线相比都相对较大。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超宽带端射天线，通过缝隙偶极子单元臂弯折技术减小天线宽度，采用天线反射腔底部加载吸波胶层的方式降低天线厚度，从而实现天线小型化目标
本发明解决技术的方案是：
一种超宽带端射天线，包括第一介质板、微带线馈电层、第二介质板、缝隙对数周期天线、金属反射腔和吸波胶层；其中，第一介质板为水平放置的板状结构；微带线馈电层为薄片结构；微带线馈电层为薄片结构安装在第一介质板的下表面；第二介质板安装在微带线馈电层的下表面；缝隙对数周期天线为对称弯折形状；缝隙对数周期天线安装在第二介质板的下表面；金属反射腔为中空腔体结构；金属反射腔安装在缝隙对数周期天线的底部；吸波胶层水平固定安装在金属反射腔的内部底端。
在上述的一种超宽带端射天线，所述天线的宽度L1为45mm；长度L2为132mm。
在上述的一种超宽带端射天线，所述第二介质板沿竖直方向设置有金属过孔；金属过孔的位置与缝隙对数周期天线的头端位置对应；实现缝隙对数周期天线的头端与金属过孔的底端连接。
在上述的一种超宽带端射天线，所述第二介质板沿竖直方向设置有馈源通孔；馈源通孔直径为5.6mm。
在上述的一种超宽带端射天线，所述天线还包括馈源转接头；馈源转接头设置在馈源通孔内部；实现外部馈电线通过馈源转接头穿过馈源通孔；外部馈电线在第二介质板上表面水平延伸直至与金属过孔顶部连接；实现外部馈电线与缝隙对数周期天线通过金属过孔实现对接。
在上述的一种超宽带端射天线，所述第一介质板的厚度为1.52mm；第二介质板的厚度为0.51mm。
在上述的一种超宽带端射天线，所述吸波胶层外形与金属反射腔内部底面的形状一致；吸波胶层的厚度为1mm；金属反射腔的腔体深度为7.5mm。
在上述的一种超宽带端射天线，当天线的工作带宽为2-18GHz时，驻波比不高于3.2。
在上述的一种超宽带端射天线，所述金属过孔直径为0.1mm。
在上述的一种超宽带端射天线，所述金属过孔到馈源通孔的距离为12mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明的天线具有较宽的工作频带，较小的天线尺寸和较可靠的加工工艺，可应用于目标探测及相关领域；
(2)本发明的天线结构简单，加工工艺可靠；
(3)本发明利用波导微带线通过金属化过孔异面馈电，改进了馈电连接器焊接工艺可靠性，并利用吸波胶层减小反射腔厚度，利用缝隙偶极子单元臂弯折技术减小天线宽度，从而在更小的天线体积内实现12倍程超宽带端射天线
附图说明
图1为本发明端射天线侧视图；
图2为本发明第二介质板俯视图；
图3为本发明外部馈电线对接示意图；
图4为本发明2GHz垂直极化增益方向图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提出一种超宽带端射天线，利用波导微带线通过金属化过孔异面馈电，改进了馈电连接器焊接工艺可靠性，并利用吸波胶层减小反射腔厚度，利用缝隙偶极子单元臂弯折技术减小天线宽度，从而在更小的天线体积内实现12倍程超宽带端射天线。
如图1所示，端射天线主要包括第一介质板1、微带线馈电层2、第二介质板3、缝隙对数周期天线4、金属反射腔5和吸波胶层6；其中，第一介质板1为水平放置的板状结构；微带线馈电层2为薄片结构；微带线馈电层2为薄片结构安装在第一介质板1的下表面；第二介质板3安装在微带线馈电层2的下表面；缝隙对数周期天线4为对称弯折形状；缝隙对数周期天线4安装在第二介质板3的下表面；金属反射腔5为中空腔体结构；金属反射腔5安装在缝隙对数周期天线4的底部；吸波胶层6水平固定安装在金属反射腔5的内部底端。第二介质板3的上表面为馈电引出线，下表面为产生辐射的折合偶极子缝隙阵。金属反射腔5与对数周期偶极子缝隙阵共形。吸波胶层6裁剪成与金属反射腔5内部腔体共形，贴于金属反射腔5内部下表面。第一介质板1的厚度为1.52mm；第二介质板3的厚度为0.51mm。当天线的工作带宽为2-18GHz时，驻波比不高于3.2。
天线的厚度主要由金属反射腔5的深度决定。为了天线的增益最大，根据电磁波理论，金属反射腔5的深度一般应该等于天线最低工作频率对应的四分之一波长。本实施例设计的天线最低工作频率为1.5GHz，对应的金属反射腔5腔深应为50mm。为了减小金属反射腔5深度，本实施例中在反射腔底部加载了1mm吸波胶层6，使得反射的能量被吸波材料吸收，同样达到了增大天线增益的效果，从而减小反射腔的深度。吸波胶层6的厚度为1mm；金属反射腔5的腔体深度从50mm减小到了7.5mm。
如图2所示，缝隙对数周期天线4的组成基本单元缝隙偶极子单元天线有两个臂，两臂总长应为其对应工作频率的半波长。通过对低频臂长进行弯折，使其占用的天线宽度减小，而保持其总长度仍为半波长，从而实现了天线宽度的小型化。天线的宽度L1从85mm减小到了45mm。馈电端口采用SMP-K连接器，连接器焊接在天线的高频端底部，采用底部馈电结构，从而将天线长度L2减小至132mm。
第二介质板3沿竖直方向设置有金属过孔31；金属过孔31的位置与缝隙对数周期天线4的头端位置对应；实现缝隙对数周期天线4的头端与金属过孔31的底端连接。金属过孔31直径为0.1mm。第二介质板3沿竖直方向设置有馈源通孔32；馈源通孔32直径为5.6mm；
天线还包括馈源转接头7；馈源转接头7设置在馈源通孔32内部；实现外部馈电线通过馈源转接头7穿过馈源通孔32；外部馈电线在第二介质板3上表面水平延伸直至与金属过孔31顶部连接；实现外部馈电线与缝隙对数周期天线4通过金属过孔31实现对接，如图3所示。金属过孔31到馈源通孔32的距离为12mm。外部馈电线通过直径0.1mm的金属过孔31馈电，也可根据需要采用90°电桥结构等其他馈电网络形式连接金属过孔31实现异面馈电；金属过孔31位置位于缝隙对数周期天线4端头，也可根据需要位于缝隙对数周期天线4任意位置，实现不同阻抗匹配馈电；金属反射腔5为金属材料加工制作，也可以使用涂镀金属层的介质制作，也可以根据天线工作载体需要，制作成共形结构；吸波胶层6为1mm厚吸波材料，也可根据需要选用变厚度薄吸波材料结构，如介质材料蒙皮包覆的吸波结构，或者吸波涂层等其他粘接性能较好的吸波材料。
如图4所示，目标角域为：-90°～0°～90°，其中-90°方向为天线正上方，0°方向为天线正前方。2GHz频点最大增益为-3.2937dB。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种超宽带端射天线，其特征在于：包括第一介质板(1)、微带线馈电层(2)、第二介质板(3)、缝隙对数周期天线(4)、金属反射腔(5)和吸波胶层(6)；其中，第一介质板(1)为水平放置的板状结构；微带线馈电层(2)为薄片结构；微带线馈电层(2)为薄片结构安装在第一介质板(1)的下表面；第二介质板(3)安装在微带线馈电层(2)的下表面；缝隙对数周期天线(4)为对称弯折形状；缝隙对数周期天线(4)安装在第二介质板(3)的下表面；金属反射腔(5)为中空腔体结构；金属反射腔(5)安装在缝隙对数周期天线(4)的底部；吸波胶层(6)水平固定安装在金属反射腔(5)的内部底端。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述天线的宽度L1为45mm；长度L2为132mm。
3.根据权利要求2所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述第二介质板(3)沿竖直方向设置有金属过孔(31)；金属过孔(31)的位置与缝隙对数周期天线(4)的头端位置对应；实现缝隙对数周期天线(4)的头端与金属过孔(31)的底端连接。
4.根据权利要求3所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述第二介质板(3)沿竖直方向设置有馈源通孔(32)；馈源通孔(32)直径为5.6mm。
5.根据权利要求4所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述天线还包括馈源转接头(7)；馈源转接头(7)设置在馈源通孔(32)内部；实现外部馈电线通过馈源转接头(7)穿过馈源通孔(32)；外部馈电线在第二介质板(3)上表面水平延伸直至与金属过孔(31)顶部连接；实现外部馈电线与缝隙对数周期天线(4)通过金属过孔(31)实现对接。
6.根据权利要求5所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述第一介质板(1)的厚度为1.52mm；第二介质板(3)的厚度为0.51mm。
7.根据权利要求6所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述吸波胶层(6)外形与金属反射腔(5)内部底面的形状一致；吸波胶层(6)的厚度为1mm；金属反射腔(5)的腔体深度为7.5mm。
8.根据权利要求7所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：当天线的工作带宽为2-18GHz时，驻波比不高于3.2。
9.根据权利要求8所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述金属过孔(31)直径为0.1mm。
10.根据权利要求9所述的一种超宽带端射天线，其特征在于：所述金属过孔(31)到馈源通孔(32)的距离为12mm。
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