CN111276784A - 微带阵列天线及其微带功分器 - Google Patents

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罗小平
袁海平
曾峰
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Abstract

本发明实施例提供一种微带阵列天线及其微带功分器，所述微带功分器设置于介质基板的正面且与辐射线阵一一对应连接，包括主馈线以及设于主馈线上的输入端和多路输出端，每路输出端对应连接一条辐射线阵并为所连接的辐射线阵馈电，主馈线以一端端部为输入端而自输入端起向末梢端依次形成输出端，各路输出端相互平行且与主馈线相交，各输出端与主馈线的输入端至各输出端的区段之间的夹角为锐角或者钝角。本实施例根据天线的设计原理，使各输出端与主馈线的输入端自各输出端之间的区段之间的夹角为锐角或者钝角，从而任意相邻两路输出端产生恒定的相位差，无需对每路输出端的馈线进行完全，结构更加的简单，而且设计成本以及天线损耗都较低。

Description

微带阵列天线及其微带功分器
技术领域
本发明实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种微带阵列天线及其微带功分器。
背景技术
现有的微带阵列天线通常包括介质基板以及均设置于所述介质基板正面的微带功分器和多条辐射线阵，所述微带功分器的每路输出端对应连接一条辐射线阵并为所连接的辐射线阵馈电，现有的微带阵列天线为实现波束赋形、主波束偏转，通常将微带功分器的输出端的馈线设置为弯曲形状，改变不同输出端的馈线的弯曲长度，从而实现各个输出端的恒定相位差；然而，现有设计时，为考虑走线布局以及各个输出端的恒定相位差，导致每路输出端馈线弯曲过长，占用面积，增加整个天线尺寸，也增加成本；另外由于馈线过长，弯曲复杂，导致了天线的损耗和非必要辐射也会大幅提高。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种微带功分器，结构简单，能有效实现各路输出端恒定的相位差。
本发明实施例进一步所要解决的技术问题在于，提供一种微带阵列天线，结构简单，能有效实现波束赋形。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种微带功分器，设置于介质基板的正面且与辐射线阵一一对应连接，所述微带功分器包括主馈线以及设置于主馈线上的输入端和多路输出端，每路输出端对应连接一条辐射线阵并为所连接的辐射线阵馈电，所述主馈线以一端端部为所述输入端而自所述输入端起向末梢端依次形成所述输出端，各路所述输出端相互平行且与主馈线相交，各输出端与主馈线的输入端至各输出端的区段之间的夹角为锐角或者钝角。
进一步的，各路所述输出端以等间距沿主馈线分布。
进一步的，各路所述输出端的与所述辐射线阵相连的一端相互平齐，且各路输出端
的末端连线与所述辐射线阵的长度方向中轴线垂直。
进一步的，所述主馈线的对应形成每路输出端的位置处还均设有阻抗匹配模块。
进一步的，各个所述阻抗匹配模块的面积按切比雪夫规则自所述输入端向末梢端逐级增加。
进一步的，各个所述阻抗匹配模块的长度均为四分之一波长。
另一方面，为了解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种微带阵列天线，包括介质基板、设置于所述介质基板背面的接地板以及均设置于所述介质基板正面的微带功分器和多条辐射线阵，所述微带功分器的每路输出端对应连接一条辐射线阵并为所连接的辐射线阵馈电，所述微带功分器为如上述任一项所述的微带功分器。
进一步的，所述辐射线阵由多个阵元通过微带线依次串联而成，同一辐射线阵的各阵元的有效辐射面积自辐射线阵的中部对称地向两端逐级递减。
进一步的，同一辐射线阵的自辐射线阵的中部对称地向两端逐级分布的各阵元的辐射能量对应按切比雪夫渐削。
进一步的，多条辐射线阵的结构均相同并且等间距地平行设置。
采用上述技术方案后，本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明实施例通过主馈线以一端端部为所述输入端而自所述输入端起向末梢端依次形成所述输出端，而各路所述输出端相互平行且与主馈线相交，各输出端与主馈线的输入端至各输出端的区段之间的夹角为锐角或者钝角，根据天线的设计原理，使输出端与主馈线形成锐角或者钝角，从而任意相邻两路输出端产生恒定的相位差，无需对每路输出端的馈线进行弯曲，结构更加的简单，也减小了整体长度，而且有效的减小了馈电网络的尺寸，有利于减小微带阵列天线的体积，降低了设计成本。
附图说明
图1为本发明微带阵列天线一个可选实施例的平面结构示意图。
图2为本发明微带阵列天线一个可选实施例在76.5GHz频段下YOZ平面的2D方向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如图1所示，本发明实施例提供一种微带功分器1，设置于介质基板3的正面且与辐射线阵5一一对应连接，所述微带功分器1包括主馈线10以及设置于主馈线10上的输入端12和多路输出端14，每路输出端14对应连接一条辐射线阵5并为所连接的辐射线阵5馈电，所述主馈线10以一端端部为所述输入端12而自所述输入端12起向末梢端依次形成所述输出端14，各路所述输出端14相互平行且与主馈线10相交，各输出端14与主馈线10的输入端12至各输出端14的区段之间的夹角β为锐角或者钝角。
本发明实施例通过主馈线10以一端端部为所述输入端12而自所述输入端12起向末梢端依次形成所述输出端14，而各路所述输出端14相互平行且与主馈线10相交，各输出端14与主馈线10的输入端12至各输出端14的区段之间的夹角β为锐角或者钝角，根据天线的设计原理，使输出端14与主馈线10形成锐角或者钝角，从而任意相邻两路输出端14产生恒定的相位差，结构更加的简单，而且有效的减小了馈电网络的尺寸，有利于减小微带阵列天线的体积，降低了设计成本。
在具体设计时，根据天线设计原理，为使相邻输出端14产生恒定的相位差Δφ，实现天线的波束偏转角θ，天线的波长λ，所述输出端14的间距d，另外，由于每条辐射线阵5为相互平行，且各输出端14与主馈线10的输入端12至各输出端14的区段之间的夹角β为锐角或者钝角，因此，主馈线10的中轴线与经过主馈线10的输入端且垂直辐射线阵5中轴线的平面之间必然存在预定夹角，即如图1中所示夹角α，根据波束偏转原理，存在以下关系式：
Figure BDA0002421415330000031
Figure BDA0002421415330000032
通过上述关系式可以准确计算出夹角α的具体数值，而根据图1所示，夹角α与输出端14与主馈线10的输入端12至各输出端14的区段之间的夹角β存在明显对应关系，即可以通过夹角α计算得出输出端14与主馈线10的输入端12至各输出端14的区段之间的夹角β。
在本发明的一个可选实施例中，各路所述输出端14以等间距沿主馈线10分布。在本实施例中，通过将各路所述输出端14以等间距沿主馈线10分布，使得相邻输出端14产生相位差均相同。
在本发明的又一个可选实施例中，各路所述输出端14的与所述辐射线阵5相连的一端相互平齐，且各路输出端14的末端连线与所述辐射线阵5的长度方向中轴线垂直。本实施例通过将输出端14的与所述辐射线阵5相连的一端相互平齐，整体结构更加简单，而且各路输出端14的末端连线与所述辐射线阵5的长度方向中轴线垂直，有利于实现各路输出端14的幅度加权。
在本发明的另一个可选实施例中，所述主馈线10的对应形成每路输出端14的位置处还均设有阻抗匹配模块16。本发明实施例还通过设置阻抗匹配模块16，从而对每路输出端14实现幅度加权。
在本发明的又一个可选实施例中，各个所述阻抗匹配模块16的面积按切比雪夫规则自所述输入端12向末梢端逐级增加。本实施例将各个所述阻抗匹配模块16的面积按切比雪夫规则，以实现对每条辐射线阵5的幅度加权，设计也相对简单。另外，可以理解的是，由于每个输出端14处的阻抗匹配模块16的面积不等，可能引起各辐射线阵5的相位差不等，因此，在实际设计时，需灵活调整各个输出端14之间的距离，保证各辐射线阵5的相位差相等。
在本发明的再一个可选实施例中，各个所述阻抗匹配模块16的长度均为四分之一波长。本实施例将各个所述阻抗匹配模块16的长度均为四分之一波长，在具体设计时，只需改变阻抗匹配模块16的宽度，从而调节各个每条辐射线阵5的幅度加权，设计更加方便。另一方面，本发明实施例提供一种微带阵列天线，包括介质基板3、设置于所述介质基板背面3的接地板7以及均设置于所述介质基板3正面的微带功分器1和多条辐射线阵5，所述微带功分器1的每路输出端14对应连接一条辐射线阵5并为所连接的辐射线阵5馈电，所述微带功分器1为如上述任一项所述的微带功分器。本发明实施例微带阵列天线采用上述的微带功分器1，结构简单，可有效的实现天线波束偏转。
在本发明的一个可选实施例中，所述辐射线阵5由多个阵元50通过微带线52依次串联而成，同一辐射线阵5的各阵元50的有效辐射面积自辐射线阵5的中部对称地向两端逐级递减。本实施例辐射线阵5由多个阵元50通过微带线52依次串联组成，同一辐射线阵5的各阵元50的有效辐射面积自辐射线阵5的中部对称地向两端逐级递减，由于每条辐射线阵5使用微带线52连接各个阵元50进行串联馈电，结构简单，而且在具体雷达设计时可以将本发明与射频电路加工在同一个平面上，减少一层射频电路层，有效的减小整体雷达的厚度。在如图1的实施例中，每条辐射线阵5共包括13个阵元50；而本发明提供的微带阵列天线共包括6条辐射线阵5，所述微带功分器1对应形成有6个输出端14。
在本发明的又一个可选实施例中，同一辐射线阵5的自辐射线阵5的中部对称地向两端逐级分布的各阵元50的辐射能量对应按切比雪夫渐削。本实施例各阵元50的辐射能量对应满足切比雪夫渐削，为了实现在E面低副瓣的要求，采用切比雪夫渐削布作为阵元5的电流振幅比初值，保证了主射方向在垂直于天线介质板方向和低副瓣的要求。
在本发明的另一个可选实施例中，多条辐射线阵5的结构均相同并且等间距地平行设置。本实施例采用多条辐射线阵5的结构均相同并且等间距地平行设置，每条结构相同的辐射线阵5辐射效果相同，并且等间距地平行设置，有利于优化线路布局，减小占用面积，而且辐射的效果好，结构简单，易于实现。
另外，如图2所示，本发明实施提供的微带阵列天线，应用于76.5GHz频段，天线主波束在方位面正向偏转了28.6度，副瓣电平SLL＝-18.76dB。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微带功分器，设置于介质基板的正面且与辐射线阵一一对应连接，所述微带功分器包括主馈线以及设置于主馈线上的输入端和多路输出端，每路输出端对应连接一条辐射线阵并为所连接的辐射线阵馈电，其特征在于，所述主馈线以一端端部为所述输入端而自所述输入端起向末梢端依次形成所述输出端，各路所述输出端相互平行且与主馈线相交，各输出端与主馈线的输入端至各输出端的区段之间的夹角为锐角或者钝角。
2.如权利要求1所述的微带功分器，其特征在于，各路所述输出端以等间距沿主馈线分布。
3.如权利要求1或2所述的微带功分器，其特征在于，各路所述输出端的与所述辐射线阵相连的一端相互平齐，且各路输出端的末端连线与所述辐射线阵的长度方向中轴线垂直。
4.如权利要求1所述的微带功分器，其特征在于，所述主馈线的对应形成每路输出端的位置处还均设有阻抗匹配模块。
5.如权利要求4所述的微带功分器，其特征在于，各个所述阻抗匹配模块的面积按切比雪夫规则自所述主馈线的输入端向末梢端逐级增加。
6.如权利要求5所述的微带功分器，其特征在于，各个所述阻抗匹配模块的长度均为四分之一波长。
7.一种微带阵列天线，包括介质基板、设置于所述介质基板背面的接地板以及均设置于所述介质基板正面的微带功分器和多条辐射线阵，所述微带功分器的每路输出端对应连接一条辐射线阵并为所连接的辐射线阵馈电，其特征在于，所述微带功分器为如权利要求1-6任一项所述的微带功分器。
8.如权利要求7所述的微带阵列天线，其特征在于，所述辐射线阵由多个阵元通过微带线依次串联而成，同一辐射线阵的各阵元的有效辐射面积自辐射线阵的中部对称地向两端逐级递减。
9.如权利要求8所述的微带阵列天线，其特征在于，同一辐射线阵的自辐射线阵的中部对称地向两端逐级分布的各阵元的辐射能量对应按切比雪夫渐削。
10.如权利要求7任一项所述的微带阵列天线，其特征在于，多条辐射线阵的结构均相同并且等间距地平行设置。
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