CN112615167A - 一种并馈微带贴片天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种并馈微带贴片天线阵列，包括第一线阵和第二线阵，第一线阵与第二线阵通过主馈线串联连接，主馈线中心位置为第二馈电点；第一线阵包括第一微带线、8个微带贴片单元、8段第二微带线、8个四分之一阻抗变换器，8个微带贴片单元等间距分布在第一微带线上，8个微带贴片单元分别由8段第二微带线与第一微带线连接，第一微带线的中心位置为第一馈电点，8个四分之一阻抗变换器以第一馈电点为对称中心在第一微带线上均匀分布；第二线阵与第一线阵结构相同。本发明提供的并馈微带贴片天线阵列设计简单、采用的贴片单元少、天线阵列尺寸小、增益较大、3dB带宽较宽。

Description

一种并馈微带贴片天线阵列
技术领域
本发明属于微波技术与天线领域，具体而言，涉及一种并馈微带贴片天线阵列。
背景技术
天线作为通信系统中的收发装置，对通信系统性能的好坏有直接的影响。随着通信领域对通信质量的要求越来越高，天线一类的产品不仅对自身的性能有很高的要求，而且对形状、尺寸、加工难易程度等方面也有很大的要求。微带贴片天线由于具有体积小、质量轻、剖面低、易共形、易集成、生产成本较低等优点，在移动通信、卫星通信、导弹和遥测、雷达和飞机天线等领域有着广泛的应用。单个微带贴片天线的功率容量较小，增益一般为6dBi-8dBi，于是通过设计微带贴片天线阵列来提高增益、降低副瓣、展宽天线工作带宽来满足工程需要。
发明内容
为了解决单个微带贴片天线增益低、微带贴片天线阵列设计复杂的问题，本发明提供了一种简单的、并联馈电的微带贴片天线阵列。
第一方面，本申请实施例提供了一种并馈微带贴片天线阵列，包括：介质基板、金属地板、微带贴片天线阵列和同轴线；所述金属地板位于所述介质基板的下表面，所述微带贴片天线阵列位于所述介质基板的上表面；
所述微带贴片天线阵列包括第一线阵和第二线阵，所述第一线阵与所述第二线阵通过主馈线串联连接，主馈线中心位置为第二馈电点；
所述第一线阵包括第一微带线、8个微带贴片单元、8段第二微带线、8个四分之一阻抗变换器，8个微带贴片单元等间距分布在第一微带线上，8个微带贴片单元分别由8段第二微带线与第一微带线连接，第一微带线的中心位置为第一馈电点，8个四分之一阻抗变换器以第一馈电点为对称中心在第一微带线上均匀分布；
所述第二线阵与所述第一线阵结构相同；
所述第一线阵和第二线阵的微带贴片单元均等幅同相电流激励。
其中，所述介质基板采用Rogers RO4350材料，相对介电常数为3.66，损耗正切为0.004，厚度为0.508mm。
其中，所述第一微带线的长度为7倍的介质波长，宽度为0.26至0.31mm。
其中，所述微带贴片单元采用矩形微带贴片单元，输入阻抗为50欧姆，长度为2.8mm，宽度为3.8mm。
其中，所述第二微带线的长度为2.25mm至2.75mm，宽度为0.18mm至0.22mm。
其中，所述第一线阵中相邻两个微带贴片单元的间距为一个介质波长。
其中，所述第二微带线采用正馈的方式对微带贴片单元馈电，在微带贴片单元宽度的中心位置处与其连接，并与所述第一微带线垂直连接。
其中，所述主馈线呈螺旋桨形状，中心位置圆形的半径为0.25mm；以中心位置圆形的直径为对称轴分为上下侧两部分，上侧部分包括一个梯形和一个矩形，梯形上底为0.2mm，下底为1mm，高为2.1mm，矩形长为1.2mm，宽为1mm；下侧部分与上侧部分结构相同。
其中，所述主馈线与所述第一线阵垂直连接，连接点位于所述第一馈电点处；所述主馈线与所述第二线阵垂直连接，连接点位于第二线阵的馈电点处。
其中，所述同轴线穿过所述介质基板，所述同轴线上底面的圆心与主馈线的第二馈电点连接，所述同轴线下底面的圆心与激励端口的圆心重合，激励端口位于所述金属地板上。
本申请实施例并馈微带贴片天线阵列具有如下有益效果：
本申请中，微带贴片天线阵列包括第一线阵和第二线阵，第一线阵与第二线阵通过主馈线串联连接，主馈线中心位置为第二馈电点；第一线阵包括第一微带线、8个微带贴片单元、8段第二微带线、8个四分之一阻抗变换器，8个微带贴片单元等间距分布在第一微带线上，8个微带贴片单元分别由8段第二微带线与第一微带线连接，第一微带线的中心位置为第一馈电点，8个四分之一阻抗变换器以第一馈电点为对称中心在第一微带线上均匀分布；第二线阵与第一线阵结构相同。本发明提供的并馈微带贴片天线阵列设计简单、采用的贴片单元少、天线阵列尺寸小、增益较大、3dB带宽较宽。
附图说明
图1为本申请实施例并馈微带贴片天线阵列结构示意图；
图2为本申请实施例并馈微带贴片天线阵列中主馈线的结构示意图；
图3为本申请实施例并馈微带贴片天线阵列中同轴线的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请进行进一步的介绍。
在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。
如图1-3所示，本申请并馈微带贴片天线阵列包括介质基板、金属地板、微带贴片天线阵列和同轴线；金属地板位于介质基板的下表面，尺寸与介质基板相同，微带贴片天线阵列位于介质基板的上表面。微带贴片天线阵列包括第一线阵10和第二线阵20，第一线阵10与第二线阵20通过主馈线6串联连接，主馈线6中心位置为第二馈电点9。
第一线阵10包括第一微带线3、8个微带贴片单元1、8段第二微带线2、8个四分之一阻抗变换器4，8个微带贴片单元1等间距分布在第一微带线3上，8个微带贴片单元1分别由8段第二微带线2与第一微带线3连接，第一微带线3的中心位置为第一馈电点5，8个四分之一阻抗变换器4以第一馈电点5为对称中心在第一微带线3上均匀分布。第二线阵20与第一线阵10结构相同。第一线阵10和第二线阵20的微带贴片单元1均等幅同相电流激励。
本申请中，16个微带贴片单元组成8*2的微带贴片天线阵列。对于本天线阵列，上下左右完全对称，以保证性能稳定。对于第一线阵10，由50欧姆第一微带线(长微带线)并联连接8个微带贴片单元，左侧是贴片单元1-4，右侧是贴片单元5-8，第一馈电点5在第一线阵10的中心位置，以保证性能稳定。第二线阵20与第一线阵10相同。第一线阵10和第二线阵20由主馈线串联连接，第二馈电点9在主馈线6中心位置。激励端口处的电流通过同轴线到达主馈线，均分成两路，分别到达第一线阵10和第二线阵20，到第一线阵10和第二线阵20的电流再均分成两路，经过四分之一阻抗变换器到达各贴片单元。所有微带贴片单元等幅同相电流激励。
本申请中，2*8微带贴片天线阵列包括第一线阵10、第二线阵20和主馈线6。第一线阵10包括：8个相同的微带贴片单元、8段相同的50欧姆短微带线(第二微带线)、8个相同的四分之一阻抗变换器、1段50欧姆的长微带线(第一微带线)。
在一些实施例中，介质基板采用Rogers RO4350材料(或taconic、arlon、Isola等品牌材料)，相对介电常数为3.66，损耗正切为0.004，厚度为0.508mm。第一微带线的长度为7倍的介质波长，宽度为0.26至0.31mm。微带贴片单元采用矩形微带贴片单元，输入阻抗为50欧姆，长度为2.8mm，宽度为3.8mm。第二微带线的长度为2.25mm至2.75mm，宽度为0.18mm至0.22mm。
在一些实施例中，第一线阵中相邻两个微带贴片单元的间距为一个介质波长。第二微带线采用正馈的方式对微带贴片单元馈电，在微带贴片单元宽度的中心位置处与其连接，并与第一微带线垂直连接。也就是说，8个微带贴片单元等间距分布在50欧姆长微带线上，间距为一个介质波长，8个微带贴片单元分别由8段50欧姆短微带线与50欧姆长微带线连接，50欧姆短微带线采用正馈的方式对微带贴片单元馈电，在微带贴片单元宽度的中心位置处与其连接，并与50欧姆长微带线垂直连接。
在一些实施例中，四分之一阻抗变换器宽度为0.72mm至0.88mm，8个四分之一阻抗变换器以第一馈电点5为对称中心在50欧姆长微带线上均匀分布。
在一些实施例中，主馈线呈螺旋桨形状，中心位置圆形的半径为0.25mm；以中心位置圆形的直径为对称轴分为上下侧两部分，上侧部分包括一个梯形和一个矩形，梯形上底为0.2mm，下底为1mm，高为2.1mm，矩形长为1.2mm，宽为1mm；下侧部分与上侧部分结构相同。主馈线6中圆形为第二馈电点9。
在一些实施例中，主馈线与第一线阵垂直连接，连接点位于第一馈电点处；主馈线与第二线阵垂直连接，连接点位于第二线阵的馈电点处。主馈线的上下两侧分别与第一线阵10和第二线阵20在馈电点处垂直连接。
在一些实施例中，同轴线包括激励端口。同轴线穿过介质基板，同轴线上底面的圆心与主馈线的第二馈电点连接，同轴线下底面的圆心与激励端口的圆心重合，激励端口位于金属地板上。同轴线的半径为0.15mm，穿过介质基板上下分别与主馈线和激励端口相连。同轴线上底面的圆心与主馈线中圆形的圆心重合，即连接到第二馈电点处，下底面的圆心与激励端口的圆心重合，激励端口位于金属地板上。
本发明提供的并馈微带贴片天线阵列设计简单、采用的贴片单元少、天线阵列尺寸小、增益较大、3dB带宽较宽。
本发明属于微波技术与天线领域，主要应用于通信系统，涉及一种并联馈电的微带天线阵列。本发明包括微带贴片单元、金属地板、介质基板、阻抗变换器、同轴线等。其中8个微带贴片单元横向排列组成线阵，2个线阵纵向排列组成面阵，横向贴片单元和纵向线阵之间距离均为一个介质波长。所有贴片单元同相馈电，馈电点位于面阵的几何中心，采用同轴馈电的方式。本发明具有高增益、低副瓣、频带宽的特点，同时满足俯仰角和方位角角度要求，以及体积小、易集成的工艺要求。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、IC(Integrated Circuit，集成电路)等。
本发明实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本发明实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本发明实施例所述的功能的软件而实现。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
以上介绍仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，包括介质基板、金属地板、微带贴片天线阵列和同轴线；所述金属地板位于所述介质基板的下表面，所述微带贴片天线阵列位于所述介质基板的上表面；
所述微带贴片天线阵列包括第一线阵和第二线阵，所述第一线阵与所述第二线阵通过主馈线串联连接，主馈线中心位置为第二馈电点；
所述第一线阵包括第一微带线、8个微带贴片单元、8段第二微带线、8个四分之一阻抗变换器，8个微带贴片单元等间距分布在第一微带线上，8个微带贴片单元分别由8段第二微带线与第一微带线连接，第一微带线的中心位置为第一馈电点，8个四分之一阻抗变换器以第一馈电点为对称中心在第一微带线上均匀分布；
所述第二线阵与所述第一线阵结构相同；
所述第一线阵和第二线阵的微带贴片单元均等幅同相电流激励。
2.根据权利要求1所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述介质基板采用RogersRO4350材料，相对介电常数为3.66，损耗正切为0.004，厚度为0.508mm。
3.根据权利要求1所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述第一微带线的长度为7倍的介质波长，宽度为0.26至0.31mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述微带贴片单元采用矩形微带贴片单元，输入阻抗为50欧姆，长度为2.8mm，宽度为3.8mm。
5.根据权利要求1-3任一项所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述第二微带线的长度为2.25mm至2.75mm，宽度为0.18mm至0.22mm。
6.根据权利要求1-3任一项所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述第一线阵中相邻两个微带贴片单元的间距为一个介质波长。
7.根据权利要求1-3任一项所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述第二微带线采用正馈的方式对微带贴片单元馈电，在微带贴片单元宽度的中心位置处与其连接，并与所述第一微带线垂直连接。
8.根据权利要求1-3任一项所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述主馈线呈螺旋桨形状，中心位置圆形的半径为0.25mm；以中心位置圆形的直径为对称轴分为上下侧两部分，上侧部分包括一个梯形和一个矩形，梯形上底为0.2mm，下底为1mm，高为2.1mm，矩形长为1.2mm，宽为1mm；下侧部分与上侧部分结构相同。
9.根据权利要求1-3任一项所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述主馈线与所述第一线阵垂直连接，连接点位于所述第一馈电点处；所述主馈线与所述第二线阵垂直连接，连接点位于第二线阵的馈电点处。
10.根据权利要求1-3任一项所述并馈微带贴片天线阵列，其特征在于，所述同轴线穿过所述介质基板，所述同轴线上底面的圆心与主馈线的第二馈电点连接，所述同轴线下底面的圆心与激励端口的圆心重合，激励端口位于所述金属地板上。
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