CN111987434B - 一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，包括底层、中间层和上层，底层为印刷金属地板，中间层为介质基板，上层为印刷天线辐射结构，天线由同轴线进行馈电,印刷金属地板上设置有过孔并馈电，所述天线辐射结构包括四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线。本发明能够抑制微带天线间的耦合。

Description

一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构。
背景技术
在先进的战机航电系统中，天线由分立天线向孔径综合天线转变。然而，传统机载平台上的天线布局都是经过一定的电磁兼容性设计的，若将本来分布在机身各处的天线放在一起同时工作，各个天线之间的相互隔离性及系统的电磁兼容性将会是一个突出的问题。除此之外，由于在同一个天线孔径工作的天线往往具有相似的功能和相近的工作频率，天线间的相互干扰将会十分严重，进而对整个飞机平台的电磁兼容性会产生巨大影响，轻则导致设备性能降级，重则可能导致设备完全不能工作或者接收错误信息，甚至造成器件的损伤。
现有的天线耦合抑制方法为增大天线间的距离或者设置单一种类的微带天线或者利用飞机机体作为遮挡等，但是由于同一个天线孔径中的各天线之间距离极小，上述方法不再适用。
发明内容
本发明是针对上述缺陷，提供一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，缩小了空间的同时又降低了天线的耦合强度。
为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，包括底层、中间层和上层，底层为金属地板，中间层为介质基板，上层为印刷天线辐射结构，印刷金属地板上设置有过孔并馈电，其特征在于，所述天线辐射结构包括四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线。
作为优选，上层还有电磁带隙结构。
作为优选，所述天线辐射结构由一个四元矩形微带天线阵列和一个圆环形微带天线组成或由两个四元矩形微带天线阵列和一个圆环形微带天线组成，所述四元矩形微带天线阵列由一分二然后二分四的功分结构将天线馈电处的功率流平均分为4份分别对微带天线阵元进行馈电，所述圆环形天线由一个圆形贴片和一个围绕所述圆形贴片的圆环形贴片构成。
作为优选，每个四元矩形微带天线阵列和每个圆环形微带天线之间设置有所述电磁带隙结构。
作为优选，所述介质基板上加载有导电穿孔；所述四元矩形微带天线阵列上也加载有导电穿孔，所述导电穿孔的半径rp为0.1mm～1mm。除了馈电需要的导电穿孔外，电磁带隙结构上也加载有导电穿孔，还有一些导电穿孔将天线辐射结构与金属地板连接，导电穿孔的设置均是为了达到耦合抑制的效果。
作为优选，所述金属地板、天线辐射结构和电磁带隙结构均由厚度为0.2～2mm的铜材料印刷制成。
作为优选，所述介质基板的介电常数ε的范围为1～100。
作为优选，所述四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线的波长均为50mm～150mm。
作为优选，所述具有耦合抑制功能的微带天线结构为印刷板制作而成，天线辐射结构和电磁带隙结构通过将金属印刷在介质基板上制成。
电磁带隙结构的每一个金属贴片单元均为正方形形状，正方形边长为We，正方形的间距为ge。其中，We随着需要抑制耦合频段的增大而减小，电磁带隙结构的间距ge为0.1mm～2mm。
作为优选，所述天线以及天线辐射结构的尺寸随天线工作频段的增大而减小。
作为优选，所述介质基板为矩形板，宽Wsub为100mm～300mm,长Lsub为200mm～600mm，厚度h为0.5mm～5mm。
本发明的有益效果：
1)通过同时设置矩形微带天线阵列和圆环形微带天线抑制了微带天线间的耦合强度。
2)通过在介质基板、四元矩形微带天线阵列和电磁带隙结构上分别设置导电穿孔，达到耦合抑制的效果，导电穿孔可以抑制四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线的带外耦合；电磁带隙结构的位置设置可以抑制特定频点的带内和带外耦合强度、两个矩形微带天线阵列间的耦合强度以及矩形微带天线阵列和圆环形微带天线间的耦合强度。使得结构简单，对各天线间的距离限制较小，可以使得天线间的距离变得很小，也无需物理遮挡。
3)可以通过调整天线尺寸、导电穿孔加载位置以及电磁带隙结构的尺寸来调整所需耦合抑制的工作频率，以适应天线的不同应用场景。
附图说明
图1是本发明具有耦合抑制功能的微带天线组合结构的实施例1的结构示意图。
图2是图1的分解图。
图3是图1的俯视图。
图4是本发明的实施例1的天线组合的回波损耗参数图。
图5是本发明的实施例1的耦合强度参数图。
图6是本发明的实施例2的结构示意图。
图7是图6的分解图。
图8是图6的俯视图。
图9是本发明的实施例2的天线组合的回波损耗参数图。
图10是本发明具的实施例2的耦合强度参数图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步描述本发明:
实施例1
参见图1-3所示，一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，包括底层、中间层和上层，底层为金属地板(1)，中间层为介质基板(2)，上层为印刷天线辐射结构(3)，印刷金属地板(1)上设置有过孔并馈电，其特征在于，所述天线辐射结构(3)包括四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线。
所述上层还有电磁带隙结构(4)。
所述天线辐射结构(3)由一个四元矩形微带天线阵列和一个圆环形微带天线组成，所述四元矩形微带天线阵列由一分二然后二分四的功分结构将天线馈电处的功率流平均分为4份分别对微带天线阵元进行馈电，所述圆环形天线由一个圆形贴片和一个围绕所述圆形贴片的圆环形贴片构成。
每个四元矩形微带天线阵列和每个圆环形微带天线之间设置有所述电磁带隙结构(4)。
所述介质基板(2)上加载有导电穿孔；所述四元矩形微带天线阵列上也加载有导电穿孔，所述导电穿孔的半径rp为0.1mm～1mm。
所述金属地板(1)、天线辐射结构(3)和电磁带隙结构(4)均由厚度为0.2～2mm的铜材料印刷制成。
所述介质基板(2)的介电常数ε的范围为1～100。
所述四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线的波长均为50mm～150mm。
所述电磁带隙结构(4)的每一个金属贴片单元均为正方形形状，正方形边长为We，正方形的间距为ge。其中，We随着需要抑制耦合频段的增大而减小，电磁带隙结构的间距ge为0.1mm～2mm。行数和列数均可以由使用场景灵活调整。
天线辐射结构(3)中的矩形微带天线阵列和圆形微带天线的尺寸随天线工作频段的增大而减小。
在实施例1中，上述各个参数的尺寸如下：
Wsub＝130mm,Lsub＝340mm,h＝2mm；
D＝105mm；
R1＝20.45mm,R2＝20.8mm,R3＝33mm；
Wp＝26.35mm,Lp＝30mm；
We＝10.1mm,ge＝0.5mm。
其中，D为四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线的中心距离；R1为圆形微带天线内圆的半径，R2和R3分别为圆形微带天线外圆环的内径和外径；Wp和Lp分别为四元矩形微带天线的每一个天线单元的长和宽。
如图4所示，本实施例中天线S11工作在5.06GHz附近，天线S22和天线S33工作在4.3GHz附近。
如图5所示，天线S11和天线S22的耦合强度在4.3GHz处为-53.9dB，比传统的微带天线组合-49.7dB降低了4.2dB，在5.06GHz处为-50.4dB，比传统的微带天线组合-43.5dB降低了6.9dB，在所需要的频点均有耦合抑制作用。
在实施例2中，天线辐射结构3由1个矩形微带天线阵列和1个圆形微带天线组成。在矩形微带天线阵列上加载有导电穿孔，具体位置在实施例中标出。
实施例2
参见图6-7所示，其结构设置与实施例1中相同，特别的是所述天线辐射结构(3)由两个四元矩形微带天线阵列和一个圆环形微带天线组成
在实施例2中，上述各个参数的尺寸如下：
Wsub＝80mm,Lsub＝170mm,h＝2mm；
D＝85mm；
R1＝20.45mm,R2＝20.8mm,R3＝33mm；
Wp＝26.35mm,Lp＝30mm。
如图9所示，本实施例中天线S11工作在4.3GHz附近，天线S22工作在5.06GHz附近。
如图10所示，天线S11和天线S22的耦合强度在5.06GHz处为-60.5dB，对比传统的微带天线组合-40.5dB降低了20dB，在所需要的频点有耦合抑制作用。
特别地，本发明的微带天线结构可以适用于机载天线高度表和微波着陆系统等应用。
此外，前述仅说明了一些实施方式，可进行改变、修改、增加和/或变化而不偏离所公开的实施方式的范围和实质，该实施方式是示意性的而不是限制性的。此外，所说明的实施方式涉及当前考虑为最实用和最优选的实施方式，其应理解为实施方式不应限于所公开的实施方式，相反地，旨在覆盖包括在该实施方式的实质和范围内的不同的修改和等同设置。此外，上述说明的多种实施方式可与其它实施方式共同应用，如，一个实施方式的方面可与另一个实施方式的方面结合而实现再另一个实施方式。另外，任何给定组件的各独立特征或构件可构成另外的实施方式。
为了示意和说明的目的提供实施方式的前述说明，其不意图穷举或限制本公开。具体实施方式的各元件或特征通常不限于该具体实施方式，但是在可应用的情况下，即使没有具体地示出或说明，各元件或特征也是可互换且可用于选择的实施方式，还可以多种方式改变。该改变不看作从本公开偏离，且所有该改变都包括在本公开的范围内。
因此，应理解这里通过示例的方式提供了附图和说明书，以有助于对本发明的理解，且不应构成对其范围的限制。

Claims (4)

1.一种具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，包括底层、中间层和上层，底层为金属地板(1)，中间层为介质基板(2)，上层为印刷天线辐射结构(3)，印刷金属地板(1)上设置有过孔并馈电，其特征在于，所述天线辐射结构(3)包括四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线；
所述天线辐射结构(3)由一个四元矩形微带天线阵列和一个圆环形微带天线组成或由两个四元矩形微带天线阵列和一个圆环形微带天线组成，所述四元矩形微带天线阵列由一分二然后二分四的功分结构将天线馈电处的功率流平均分为4份分别对微带天线阵元进行馈电，所述圆环形天线由一个圆形贴片和一个围绕所述圆形贴片的圆环形贴片构成；
上层还有电磁带隙结构(4)；
所述介质基板(2)上加载有导电穿孔；所述四元矩形微带天线阵列上也加载有导电穿孔，所述导电穿孔的半径rp为0.1mm～1mm；
每个四元矩形微带天线阵列和每个圆环形微带天线之间设置有所述电磁带隙结构(4)。
2.根据权利要求1所述的具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，其特征在于，所述金属地板(1)、天线辐射结构(3)和电磁带隙结构(4)均由厚度为0.2～2mm的铜材料印刷制成。
3.根据权利要求1所述的具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，其特征在于，所述介质基板(2)的介电常数ε的范围为1～100。
4.根据权利要求1所述的具有耦合抑制功能的微带天线组合结构，其特征在于，所述四元矩形微带天线阵列和圆环形微带天线的波长均为50mm～150mm。
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