CN111193106B - 一种微带单极子天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微带单极子天线，包括两层介质基板、贴覆于两层介质基板中间夹层的主辐射阵子、贴于介质基板前后表面的引向贴片层，以及金属接地层，所述天线贴片层包括底部引向贴片、中部引向贴片、顶部引向贴片，各相邻贴片间设有间隙；背面的引向贴片安置位置与正面的引向贴片相对应；所述主辐射阵子与馈电网络直接相连。本发明的微带单极子天线，前向辐射，天线波束呈漏斗状，可用作弹载天线，天线带宽足够宽。

Description

一种微带单极子天线
技术领域
本发明属于微波天线技术领域，特别是一种天线波束可以满足弹载天线波束指向要求，带宽足够宽的微带单极子天线。
背景技术
在对地导弹弹载天线中，因为其对于天线波束具有漏斗状的波束要求，所以弹载天线往往需要共形在弹体上，导致其设计复杂。
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，另一面用光刻腐蚀等方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。贴片形状是一细长带条，则为微带振子天线，贴片是一个面积单元时，则为微带天线。微带天线具有共形性好、重量轻、形面低、成本低、可以较为自由地安装在弹体表面或空间中、并充分地利用弹体内的空间的优点，为实现装置的小型化提出了保障。单极子天线具有结构简单，宽频带、多频带和馈电结构简单等优点。
将微带天线和单极子天线相结合，就形成了微带单极子天线。微带单极子天线继承了微带天线的大部分优点，同时避免了微带天线的部分缺点，如带宽较窄、性能受介质基板的影响比较大等，在短距离无线通信系统中获得了广泛的应用。
现有的微带单极子天线大多工作在中低频段，带宽较为有限，且难以控制天线波束指向。此外，现有的微带单极子天线的主辐射振子裸露在空气中，容易被磨损、锈蚀等，天线的使用寿命较短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微带单极子天线，通过单个天线满足弹载天线的波束要求，且有足够的带宽。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种微带单极子天线，包括双层介质基板、贴覆于两层介质基板中间夹层的主辐射阵子、贴于介质基板前后表面的引向贴片层，以及金属接地层，双层介质基板前后表面的天线贴片层对称设置，每一面包括底部引向贴片、中部引向贴片、顶部引向贴片，各相邻引向贴片之间设有间隙；所述主辐射阵子与馈电网络直接相连。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)带宽足够宽：通过寄生贴片，增加了谐振点个数，从而增加了微带单极子天线的带宽；(2)天线在满足弹载天线的波束要求的前提下，将微带天线与单极子天线结合起来，减小了天线体积，降低了设计难度和制作成本；(3)使用双层介质基板的结构，将主辐射振子包裹在夹层中，提高了天线整体的物理强度，也能有效防止主辐射振子的磨损、锈蚀，延长天线的使用寿命。
附图说明
图1为本发明微带单极子天线的结构示意图。
图2为图1所示微带单极子天线主辐射振子示意图。
图3是图1所示微带单极子天线引向贴片示意图。
图4是图1所示微带单极子天线介质基板插入金属接地层示意图。
图5是微带单极子天线的S11图。
图6是微带单极子天线的驻波比曲线图。
图7是微带单极子天线的平行于介质基板平面的方向图。
图8是微带单极子天线的垂直于介质基板平面的方向图。
具体实施方式
如图1所示，一种微带单极子天线，包括双层介质基板1、贴覆于两层介质基板1中间夹层的主辐射阵子2、贴于双层介质基板1前后表面的引向贴片层3，以及金属接地层4，双层介质基板1前后表面的天线贴片层3对称设置，每一面包括底部引向贴片31、中部引向贴片32、顶部引向贴片33，各相邻引向贴片之间设有间隙；所述主辐射阵子2与馈电网络直接相连。
进一步的，所述相邻引向贴片之间的间隙不大于介质基板1厚度。
进一步的，底部引向贴片31、中部引向贴片32、顶部引向贴片33均为矩形铜片，靠近两侧边缘处各开有一排圆孔；底部引向贴片31下边缘正中设有一个边长1mm的正方形槽。
进一步的，单层介质基板1厚度为1mm，相对介电常数为2.55。
进一步的，介质基板1露出金属接地层4表面的部分呈倒T型，水平方向的延伸部分同时向下延展插入金属接地层4中，用于固定天线姿态。
进一步的，所述金属接地层4包括圆柱体底座和设置在底座外围一圈凸起的金属环，双层介质基板1安装在金属接地层4的正中位置。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1、2所示，本发明微带单极子天线，包括双层介质基板1、贴覆于两层介质基板1中间夹层的主辐射阵子2和贴于介质基板1前后表面的引向贴片层3，以及金属接地层4，所述天线贴片层3包括底部引向贴片31、中部引向贴片32、顶部引向贴片33，所述各相邻贴片间设有间隙，间隙不大于介质基板1厚度；背面的引向贴片安置位置与正面的引向贴片相对应；所述主辐射阵子2与馈电网络直接相连。
主辐射振子2的能量集中在边射方向上，因此引向贴片通过耦合作用得到的能量较少，为了增强贴片之间的耦合，贴片之间的间距要足够小，一般要求小于介质基板的厚度。
结合图1，天线的双层介质基板1，单层厚度为1mm，相对介电常数为2.55；主辐射振子2夹在两层介质基板中间；图中引向贴片层3只能看到正面的引向贴片，背面的引向贴片安置位置与正面相对应。
结合图2，主辐射振子2分为两个部分，长L1为7.5mm，宽W1为0.8mm的微带线，以及微带线末端连接的矩形匹配负载，长L0为2mm，宽W0为3mm。
结合图3，所有的引向贴片及所依附的基板打了若干半径0.15mm的通孔，相邻通孔圆心的间距0.5mm，圆心与贴片的侧边沿距离0.25mm。底部引向贴片处的通孔内壁进行金属化处理。此外，底部引向贴片31与背面的底部引向贴片有一定区别，底部引向贴片31的下边缘正中挖了一个边长1mm、深度1mm的正方形槽，方便同轴探针的焊接，以进行馈电。
结合图4，天线的介质基板1露出金属接地层4表面的部分呈倒立的“T”形，左右两侧的部分向下延展，插入金属接地层4中。
通过仿真得到图5的结果，可以看出该天线的中心频率为23.9GHz，带宽为2.5GHz，回波损耗为-20.2dB；通过仿真得到图6的结果，可以看出该天线驻波比小于2的带宽为1.95GHz；从图7、图8天线平行/垂直介质基板平面的方向图可以看出，该天线具有前侧向辐射特性，且波束指向覆盖21°-75°，满足弹载天线对与波束形状的要求。

Claims (3)

1.一种微带单极子天线，其特征在于：包括双层介质基板（1）、贴覆于双层介质基板（1）中间夹层的主辐射阵子（2）、贴于双层介质基板（1）前后表面的引向贴片层（3），以及金属接地层（4），双层介质基板（1）前后表面的引向贴片层（3）对称设置，每一面包括底部引向贴片（31）、中部引向贴片（32）、顶部引向贴片（33），各相邻引向贴片之间设有间隙；所述主辐射阵子（2）与馈电网络直接相连；
所述相邻引向贴片之间的间隙不大于双层介质基板（1）厚度；
底部引向贴片（31）、中部引向贴片（32）、顶部引向贴片（33）均为矩形铜片，靠近两侧边缘处各开有一排圆孔；底部引向贴片（31）下边缘正中设有一个边长1mm的正方形槽；
所述双层介质基板（1）露出金属接地层（4）表面的部分呈倒T型，水平方向的延伸部分同时向下延展插入金属接地层（4）中，用于固定天线姿态。
2.根据权利要求1所述的微带单极子天线，其特征在于：双层介质基板（1）的单层厚度为1mm，相对介电常数为2.55。
3.根据权利要求1所述的微带单极子天线，其特征在于：所述金属接地层（4）包括圆柱体底座和设置在底座外围一圈凸起的金属环，双层介质基板（1）安装在金属接地层（4）的正中位置。
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