CN112510363B - 一种差分馈电的频率扫描天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差分馈电的频率扫描天线，包括：差分输入端口、差分输出端口以及位于输入端口和输出端口之间的多个天线单元；每个天线单元包括：六层介质基板，平行设置的两个辐射器，位于两个辐射器右侧的引向器，与辐射器垂直设置的两个平行线馈电线，与平行线馈电线相连的两个带状线馈电线，构成一对差分信号传输线的两条慢波线，以及上表面地、中间表面地、下表面地。本发明采用差分馈电的方式直接给天线辐射单元即准八木天线供电，因此不需要设计额外的巴伦，从而降低了天线的损耗，也使得该天线可以直接与差分电路相连，天线的结构更加紧凑，从而提高整个系统的集成度。

Description

一种差分馈电的频率扫描天线

技术领域

本发明属于微波技术领域，特别涉及一种差分馈电的频率扫描天线。

背景技术

当前，电扫描天线克服了传统的机械扫描中扫描速度慢的特点，目前已在雷达、通信、移动电视等军用和民用领域有着广泛的应用，并且得到了快速发展。频率扫描天线作为电扫描天线的一种，因其结构简单、可靠性高，实现成本低而受到关注。

现在频率扫描天线多用单端口馈电方法。相比较于单端口馈电方法，差分馈电方法有以下的好处。在通信系统前端采用差分馈电天线与差分电路的方法接收信号时，由于噪声信号进入差分系统后反相相消，噪声对系统的影响将大大减弱，而系统发射信号时，可提高发射机功率效率。当天线终端需要与后端差分电路、差分设备集成时，采用差分馈电天线可提升系统集成度，避免额外巴伦转换结构，故可以减少系统复杂度、降低系统成本、提高系统效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种差分馈电的频率扫描天线，使得频率扫描天线可以很方便的直接于差分电路相连，避免了单端口频率扫描与差分电路相连时额外的巴伦电路设计。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种差分馈电的频率扫描天线，所述天线包括差分输入端口、和差分输出端口，以及位于差分输入端口和差分输出端口之间的多个间隔设置的天线单元；

每个天线单元包括从下至上依次设置的第一层介质基板至第六层介质基板，第二层介质基板和第三层介质基板的交界面处设置第一辐射器，以及与该辐射器依次相连的第一平行线馈电线、第一带状线馈电线，第四层介质基板和第五层介质基板的交界面处设置第二辐射器，以及与该辐射器依次相连的第二平行线馈电线、第二带状线馈电线，此外，第一辐射器的一侧且与其位于同一平面设置引向器；所述第一层介质基板和第二层介质基板的交界面以及第五层介质基板和第六层介质基板的交界面分别设置第一慢波线、第二慢波线，两条慢波线构成一对差分信号传输线；所述第一层介质基板的下表面、第三介质基板与第四层介质基板的交界面、第六层介质基板的上表面分别设置下表面地、中间表面地和上表面地。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1)通过设计两条弯折慢波线，来传递差分信号并给天线单元供电实现差分馈电，采用差分馈电的方式，在前端与差分电路相连接收信号时，能够降低噪声对系统的影响从而提升发射机的工作效率；

2)在天线终端与差分电路集成时，可以避免额外的巴伦设计，降低系统复杂度，降低系统成本，提高系统效率。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为一个实施例中差分馈电的频率扫描天线的结构示意图。

图2为一个实施例中天线辐射单元的结构示意图。

图3为一个实施例中天线单元的俯视图。

图4为一个实施例中频率扫描天线的S11曲线图。

图5为一个实施例中频率扫描天线在9，9.5，10，10.5，11Ghz的仿真方向图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一个实施例中，结合图1至图3，本发明提供了一种差分馈电的频率扫描天线，所述天线包括差分输入端口1、和差分输出端口2，以及位于差分输入端口1和差分输出端口2之间的多个间隔设置的天线单元；多个天线以一定间隔，按照一定幅度分布获得对应的比例能量，构成完整的差分馈电频率扫描天线阵列。

每个天线单元包括从下至上依次设置的第一层介质基板3至第六层介质基板8，第二层介质基板4和第三层介质基板5的交界面处设置第一辐射器9，以及与该辐射器依次相连的第一平行线馈电线12、第一带状线馈电线14，第四层介质基板6和第五层介质基板7的交界面处设置第二辐射器10，以及与该辐射器依次相连的第二平行线馈电线13、第二带状线馈电线15，此外，第一辐射器9的一侧且与其位于同一平面设置引向器11；所述第一层介质基板3和第二层介质基板4的交界面以及第五层介质基板和第六层介质基板的交界面分别设置第一慢波线19、第二慢波线20，两条慢波线构成一对差分信号传输线；所述第一层介质基板3的下表面、第三介质基板5与第四层介质基板6的交界面、第六层介质基板8的上表面分别设置下表面地18、中间表面地17和上表面地16。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一辐射器9与第二辐射器10平行设置。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一平行线馈电线12的一端与第一辐射器9的一端垂直连接，另一端连接第一带状线馈电线14；所述第二平行线馈电线13的一端与第二辐射器10的一端垂直连接。另一端连接第二带状线馈电线15。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一带状线馈电线14包括第一水平段140和与该水平段一端垂直连接的第一垂直段141，所述第一水平段140的另一端连接第一平行线馈电线12的另一端，所述第一辐射器9与第一垂直段141平行设置。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一辐射器9、第一平行线馈电线12、第一带状线馈电线14形成U型结构。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第二带状线馈电线15包括第二水平段150和与该水平段一端垂直连接的第二垂直段151，所述第二水平段150的另一端连接第二平行线馈电线13的另一端，所述第二辐射器10与第二垂直段151平行设置。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第二辐射器10、第二平行线馈电线13和第二带状线馈电线15形成Z型结构。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一垂直段141、第一慢波线19投影至同一平面后之间存在间隔，该间隔的距离可调；所述第二垂直段151、第二慢波线20投影至同一平面后之间存在间隔，该间隔的距离可调，两者以一定的间隔进行耦合，从而获取相应的能量。

进一步地，在其中一个实施例中，所述引向器11与第一辐射器9平行设置，且两者长度相同；所述第一辐射器9和第二辐射器10的结构相同；所述第一平行馈电线12和第二平行馈电线13的结构相同。

进一步地，在其中一个实施例中，所述第一慢波线19和第二慢波线20的电长度为工作频率所对应电磁波介质波长的整数倍。

作为一种具体示例，在其中一个实施例中，对本发明差分馈电的频率扫描天线进行进一步验证说明，仿真实验采用中心频率在10GHz，工作频带为2Ghz的差分馈电频率扫描天线。

本实施例中，天线单元的个数为16；第一层介质基板3、第三层介质基板5、第四层介质基板6、第六层介质基板8采用的是Rogers 5880，厚度为0.508mm，第二层介质基板4、第五层介质基板7采用的是Rogers 4350，厚度为0.2mm。介质层的宽度与长度均为16mm和43mm。经过仿真软件HFSS的测试，第一辐射器和第二辐射器的长度均为6.2mm，宽度均为1mm，第一平行馈电线12和第二平行馈电线13的长度均为6mm，宽度均为0.96mm，引向器11的长度与辐射器的长度相同为6.2mm。下表面地18、中间表面地17和上表面地16的宽度均为16mm且长度均为30mm。慢波线的电长度为介质波长的3倍。

基于上述参数设置，在HFSS软件上对该差分馈电频率扫描天线进行了仿真。图4为该天线的S11曲线，从图中可以看到在工作频段9GHz到11GHz内，天线的S11参数都小于-10dB，说明天线的能量大部分都辐射出去了。图5为该天线在不同频率下的方向图，从图中可以看到在9、9.5、10、10.5、11GHz频率下，天线在最大辐射方向上的增益都在15dBi左右，旁瓣电平都优于-15dB。

综上，本发明采用差分馈电的方式直接给天线辐射单元即准八木天线供电，不需要设计额外的巴伦从而降低了天线的损耗，也使得天线的结构也更加紧凑，提高了整个系统的集成度。

可以理解地，上述各个尺寸参数只是在本实施例中的一种优化设置，其不能作为限制本发明范围的理由，该各个尺寸参数可以根据实际情况进行优化配置。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述天线包括差分输入端口(1)、和差分输出端口(2)，以及位于差分输入端口(1)和差分输出端口(2)之间的多个间隔设置的天线单元；

每个天线单元包括从下至上依次设置的第一层介质基板(3)至第六层介质基板(8)，第二层介质基板(4)和第三层介质基板(5)的交界面处设置第一辐射器(9)，以及与该辐射器依次相连的第一平行线馈电线(12)、第一带状线馈电线(14)，第四层介质基板(6)和第五层介质基板(7)的交界面处设置第二辐射器(10)，以及与该辐射器依次相连的第二平行线馈电线(13)、第二带状线馈电线(15)，此外，第一辐射器(9)的一侧且与其位于同一平面设置引向器(11)；所述第一层介质基板(3)和第二层介质基板(4)的交界面以及第五层介质基板和第六层介质基板的交界面分别设置第一慢波线(19)、第二慢波线(20)，两条慢波线构成一对差分信号传输线；所述第一层介质基板(3)的下表面、第三层介质基板(5)与第四层介质基板(6)的交界面、第六层介质基板(8)的上表面分别设置下表面地(18)、中间表面地(17)和上表面地(16)。

2.根据权利要求1所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第一辐射器(9)与第二辐射器(10)平行设置。

3.根据权利要求2所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第一平行线馈电线(12)的一端与第一辐射器(9)的一端垂直连接，另一端连接第一带状线馈电线(14)；所述第二平行线馈电线(13)的一端与第二辐射器(10)的一端垂直连接，另一端连接第二带状线馈电线(15)。

4.根据权利要求3所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第一带状线馈电线(14)包括第一水平段(140)和与该水平段一端垂直连接的第一垂直段(141)，所述第一水平段(140)的另一端连接第一平行线馈电线(12)的另一端，所述第一辐射器(9)与第一垂直段(141)平行设置。

5.根据权利要求4所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第一辐射器(9)、第一平行线馈电线(12)、第一带状线馈电线(14)形成U型结构。

6.根据权利要求5所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第二带状线馈电线(15)包括第二水平段(150)和与该水平段一端垂直连接的第二垂直段(151)，所述第二水平段(150)的另一端连接第二平行线馈电线(13)的另一端，所述第二辐射器(10)与第二垂直段(151)平行设置。

7.根据权利要求6所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第二辐射器(10)、第二平行线馈电线(13)和第二带状线馈电线(15)形成Z型结构。

8.根据权利要求7所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第一垂直段(141)、第一慢波线(19)投影至同一平面后之间存在间隔，该间隔的距离可调；所述第二垂直段(151)、第二慢波线(20)投影至同一平面后之间存在间隔，该间隔的距离可调。

9.根据权利要求8所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述引向器(11)与第一辐射器(9)平行设置，且两者长度相同；所述第一辐射器(9)和第二辐射器(10)的结构相同；所述第一平行线馈电线(12)和第二平行线馈电线(13)的结构相同。

10.根据权利要求9所述的差分馈电的频率扫描天线，其特征在于，所述第一慢波线(19)和第二慢波线(20)的电长度为工作频率所对应电磁波介质波长的整数倍。

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