CN113708088B - 宽带共面波导结构栅格阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种涉及微波天线技术领域宽带共面波导结构栅格阵列天线，包括辐射体、介质基板、金属通孔、地平面以及金属贴片；地平面位于介质基板下侧，辐射体和金属贴片分别位于介质基板上侧，金属通孔贯穿介质基板，金属通孔一端连接地平面、另一端连接金属贴片，通过金属通孔将金属贴片与地平面电连接；辐射体呈栅格列阵，金属贴片与介质基板形成共面波导结构。本发明将传统栅格阵列天线进行变形，设计一种共面波导结构栅格阵列天线，实现了宽带特性。本发明基于栅格阵列天线实现更多天线功能，增加设计自由度。

Description

宽带共面波导结构栅格阵列天线
技术领域
本发明涉及微波天线技术领域，具体地，涉及宽带共面波导结构栅格阵列天线。
背景技术
目前栅格阵列天线因其低成本，结构简单，馈电方便等特点得到了广泛应用。栅格阵列天线快速发展，导致天线结构有更多设计自由度。本发明是在栅格阵列天线的基础上加以改进，增大其工作带宽。
经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为CN109462038A，公开了一种双频带的微带栅格阵列天线，属于汽车零部件领域，通过在原有的栅格阵列天线基础上，改变馈电点位置，可激励两个工作模式，实现双频带，本发明的天线辐射体还具有物理尺寸小，集成等优点。包括天线辐射体、介质基板、地平面；所述辐射体平行设置于介质基板上表面；所述地平面平行设置于介质基板下表面。而本发明包括天线辐射体、金属贴片、金属通孔、介质基板、地平面；所述辐射体和金属贴片平行设置于介质基板上表面；所述地平面平行设置于介质基板下表面；金属通孔用于将地平面与金属贴片电连接。本发明是在栅格阵列天线的基础上进行扩大宽带特性。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种宽带共面波导结构栅格阵列天线。
根据本发明提供的一种宽带共面波导结构栅格阵列天线，包括辐射体、介质基板、金属通孔、地平面以及金属贴片；地平面位于介质基板下侧，辐射体和金属贴片分别位于介质基板上侧，金属通孔贯穿介质基板，金属通孔一端连接地平面、另一端连接金属贴片，通过金属通孔将金属贴片与地平面电连接；辐射体呈栅格列阵，金属贴片与介质基板形成共面波导结构。
一些实施例中，介质基板为长方体，介质基板的宽度sx＝28mm，长度sy＝32mm，厚度t＝0.787mm，介电常数εr＝2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009。
一些实施例中，地平面为矩形，地平面的宽度为gx＝sx＝28mm,长度为gy＝sy＝32mm。
一些实施例中，辐射体上设有馈电点，辐射体采用Ω差分同轴馈电。
一些实施例中，辐射板短边的长度Sl＝3.84mm，短边的宽度Sw＝0.9mm，长边的长度Ll＝8mm,长边的宽度LW＝0.6mm。
一些实施例中，金属贴片包括内贴片和外贴片，内贴片连接辐射体，外贴片位于辐射体外侧的介质基板上。
一些实施例中，内贴片的外侧边界与栅格边界距离d＝0.8mm。
一些实施例中，金属通孔包括内通孔和外通孔，内通孔连接于内贴片，外通孔连接外贴片，外通孔直径为d1＝0.3mm，内通孔直径为d2＝0.5mm。
一些实施例中，设空间直角坐标系o-xyz，包括：原点o、x轴、y轴、z轴；所述介质基板平行于空间直角坐标系o-xyz的xoy面。
一些实施例中，外通孔距离外贴片内边界的距离为lx＝1.04mm,内通孔距离内贴片平行于y轴的边界的距离为lx＝1.04mm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将传统栅格阵列天线进行变形，设计一种共面波导结构栅格阵列天线，增大其工作带宽，实现了宽带特性。
2、本发明基于栅格阵列天线实现更多天线功能，增加设计自由度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明栅格阵列天线的三维结构示意图；
图2为本发明栅格阵列天线的顶视图；
图3为本发明共面波导结构栅格阵列天线的三维结构示意图；
图4为本发明共面波导结构栅格阵列天线的顶视图；
图5为本发明栅格阵列天线的反射系数曲线图；
图6为本发明共面波导结构栅格阵列天线的反射系数曲线图；
图7为本发明共面波导结构栅格阵列天线在28GHz时归一化交叉极化方向图；
图8为本发明共面波导结构栅格阵列天线在30GHz时归一化交叉极化方向图。
图中标号：
Figure SMS_1
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供的栅格阵列天线，包括辐射体1、地平面2以及介质基板3；地平面2 位于介质基板3下侧，优选的，地平面2为介质基板3下表面的覆铜。辐射体1位于介质基板3上侧，优选的，辐射体1呈栅格列阵。
如图1-2所示，使用HFSS优化后的栅格天线，辐射体1采用50Ω差分同轴馈电。辐射体1短边的长度Sl＝3.84mm，短边的宽度Sw＝0.9mm，长边的长度Ll＝8mm,长边宽度 LW＝0.6mm。
其中，地面平面2和介质基板3长宽相同，地平面2的宽度为gx＝sx＝28mm,长度为gy＝sy＝32mm。
通过调节馈电位置以实现阻抗匹配，对应反射系数如图5所示；其-10dB阻抗带宽为3.8％(27.87GHz-28.95GHz)。
实施例2
本实施例2是在实施例1的基础上形成的宽带共面波导结构栅格阵列天线。增加不同的机制基板参数、以及优化各部件参数，从而使其工作宽带加强。具体的：
金属贴片5与介质基板3形成共面波导结构。金属通孔4贯穿介质基板3，金属通孔4一端连接地平面2、另一端连接金属贴片5，通过金属通孔1将金属贴片5与地平面2电连接，通过金属通孔4将辐射体1和地平面2电连接。
如图3和图4所示，介质基板3为长方体，介质基板3的宽度sx＝28mm，长度sy＝32mm，厚度t＝0.787mm，介质基板3采用型号为Rogers RT 5880的基板,介电常数εr＝2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009。
内贴片51的外侧边界与栅格边界距离为d＝0.8mm。金属贴片5包括内贴片51和外贴片52，内贴片51连接辐射体1外侧的介质基板3上，外贴片52位于辐射体1外侧的介质基板3上，馈电点位于多个内贴片51的之间。
金属通孔4包括内通孔41和外通孔42，内通孔41连接于内贴片51，外通孔42连接外贴片52，外通孔42直径为d1＝0.3mm，内通孔直径为d2＝0.5mm。
外通孔42距离外贴片52内边界的距离为lx＝1.04mm,内通孔41距离内贴片51平行于y轴的边界的距离为lx＝1.04mm。
更为具体的，所述地平面2为矩形，地平面宽度为gx＝sx＝＝28mm,长度为gy＝sy＝32mm。第一辐射板11的长度Sl＝3.84mm，宽度Sw＝0.9mm，第二辐射板12的长度Ll＝8mm,宽度LW＝0.6mm。金属贴片5内外边界与栅格边界距离d＝0.8mm，空间直角坐标系o-xyz包括：原点o、x轴、y轴、z轴。对应反射系数如图6所示，-10dB相对带宽达到29％ (21.69GHz-29.04GHz),并且对比了实施例1中的-10dB相对带宽为3.8％(27.87GHz-28.95GHz)。
综上所述，根据结果对比可知，实施例2中的工作带宽是加强的。图7和图8是所提出天线的在28GHz与30GHz时的归一化交叉极化方向图，极化水平低于-40dB，极化水平良好，满足设计要求。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，包括辐射体(1)、地平面(2)、介质基板(3)、金属通孔(4)以及金属贴片(5)；
所述地平面(2)位于所述介质基板(3)下侧，所述辐射体(1)和金属贴片(5)分别位于所述介质基板(3)上侧，所述金属通孔(4)贯穿所述介质基板(3)，所述金属通孔(4)一端连接所述地平面(2)、另一端连接所述金属贴片(5)，通过所述金属通孔(4)将所述金属贴片(5)与所述地平面(2)电连接；所述辐射体(1)呈栅格阵列，所述金属贴片(5)与所述介质基板(3)形成共面波导结构；
所述金属贴片(5)包括内贴片(51)和外贴片(52)，所述内贴片(51)位于所述辐射体(1)内侧的所述介质基板(3)上；所述外贴片(52)位于所述辐射体(1)外侧的所述介质基板(3)上；
所述金属通孔(4)包括内通孔(41)和外通孔(42)，所述内通孔(41)连接于所述内贴片(51)，所述外通孔(42)连接所述外贴片(52)。
2.根据权利要求1所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，所述介质基板(3)为长方体，介质基板的宽度sx＝28mm，长度sy＝32mm，厚度t＝0.787mm，介电常数εr＝2.2，介质基板的损耗角tanδ＝0.0009。
3.根据权利要求1所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，所述地平面(2)为矩形，所述地平面(2)的宽度为gx＝sx＝28mm,长度为gy＝sy＝32mm。
4.根据权利要求1所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，所述辐射体(1)上设有馈电点，所述辐射体(1)采用50Ω差分同轴馈电。
5.根据权利要求4所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，所述辐射体(1)短边的长度Sl＝3.84mm，短边的宽度Sw＝0.9mm，长边的长度Ll＝8mm,长边的宽度LW＝0.6mm。
6.根据权利要求1所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，所述内贴片(51)的外侧边界与栅格边界距离d＝0.8mm。
7.根据权利要求1所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，所述外通孔(42)直径为d1＝0.3mm，所述内通孔直径为d2＝0.5mm。
8.根据权利要求1所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，设空间直角坐标系o-xyz，包括：原点o、x轴、y轴、z轴；
所述介质基板(3)平行于空间直角坐标系o-xyz的xoy面。
9.根据权利要求7或8所述的宽带共面波导结构栅格阵列天线，其特征在于，所述外通孔(42)距离所述外贴片(52)内边界的距离为lx＝1.04mm,所述内通孔(41)距离所述内贴片(51)平行于y轴的边界的距离为lx＝1.04mm。
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