CN113937492B - 一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法，包括步骤：S1，根据电性能指标要求，确定印制天线阵所需天线单元个数、阵列间距、馈电标准及馈电座类型；S2，根据阵列间距是否小于馈电座宽度确定是否阵列需要分层；S3，采用三维设计软件，对印制天线阵进行三维结构设计；S4，分层对印制天线单元进行详细设计，调整印制天线单元的馈线长度，确保各层印制天线单元间馈电相位及其他电性能参数一致；S5，进行电性能仿真计算，验证印制天线阵密集布阵电性能是否满足要求，不满足，则跳转到步骤S3，进行迭代设计直至满足要求。本发明解决由于毫米波斜极化印制天线馈电座宽度限制导致布阵最小间距受限而无法布阵的难题。

Description

一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法
技术领域
本发明涉及天线阵结构技术领域，更为具体的，涉及一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法。
背景技术
印制天线是一种可以采用印制电路板制造工艺进行制造的天线，其体积小，具有容易组阵、容易馈电等优点。现有印制天线如图1所示，设置有印制电路1、第一馈电座2和支撑板3。印制电路1由两层印制板叠合而成，印制板的中间金属层为馈电层，馈电层中印制馈线需要与馈电座的馈电插针焊接，实现天线馈电。
印制天线可以进行一维直线组阵、二维平面组阵或者三维曲面组阵，其中一维直线组阵和二维平面组阵较为常用，一维直线组阵又是二维平面组阵的基础。印制天线一维直线线性组阵如图2所示，天线的极化方式一般是水平极化或垂直极化。印制天线组阵间距的最大值一般由天线阵无栅瓣扫描范围确定，对于毫米波天线阵，该间距通常较小，例如：若需要天线在40GHz扫描45度时不出现栅瓣，其组阵间距需不大于4.5毫米。
由图1所示，印制天线通常采用馈电座结构进行馈电，但由于馈电座为标准化工业产品，其宽度由标准化尺寸序列确定，不能无限缩小，在印制天线布阵间距要求小于馈电座宽度时，天线阵布阵设计出现困难。常用的解决方法是采用更小的馈电座，如SMP射频座或SSMP射频座，但在毫米波频段此类接头通常会引入额外的损耗，且其尺寸也有一定限制。如图3所示，印制天线斜45度组阵，每一个单元天线配一个馈电座进行馈电。由于单元天线之间间距小于能选到的最小馈电座宽度，无论怎样调整馈电座安装角度，均会形成馈电座之间相互干涉，天线组阵不能实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法，解决由于毫米波斜极化印制天线馈电座宽度限制导致布阵最小间距受限而无法布阵的难题等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构，包括至少两层印制天线阵，在所述至少两层印制天线中，第一印制天线阵与第二印制天线阵的位置关系为错位交叉布阵。
进一步地，包括第二馈电座，第二馈电座倾斜安装在所述错位交叉布阵的至少两层印制天线阵所在的天线阵安装板上。
进一步地，所述至少两层印制天线阵设置在印制电路上。
进一步地，所述印制电路与所述印制电路固定座连接。
进一步地，所述印制电路通过多个紧固螺丝与所述印制电路固定座连接。
进一步地，所述印制天线阵包括印制天线单元。
一种基于如上任一所述毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法，包括步骤：
S1，根据电性能指标要求，确定印制天线阵所需天线单元个数、阵列间距、馈电标准及馈电座类型；
S2，根据阵列间距是否小于馈电座宽度确定是否阵列需要分层；
S3，采用三维设计软件，对印制天线阵进行三维结构设计；
S4，分层对印制天线单元进行详细设计，调整印制天线单元的馈线长度，确保各层印制天线单元间馈电相位及其他电性能参数一致；
S5，进行电性能仿真计算，验证印制天线阵密集布阵电性能是否满足要求，不满足，则跳转到步骤S3，进行迭代设计直至满足要求。
进一步地，在步骤S2中，当阵列间距在0.5～1倍馈电座宽度时，阵列分二层，当阵列间距在0.33～0.5倍馈电座宽度时，阵列分为三层。
进一步地，在步骤S3中，馈线长度需等长。
进一步地，在步骤S5之后，包括步骤S6，完成印制天线阵密集布阵结构其他工艺适应性详细设计。
本发明的有益效果包括：
本发明实施例属于毫米波印制天线一维直线组阵领域，可推广到二维平面组阵。
本发明实施例解决了印制天线密集布阵由于印制天线馈电座宽度限制导致的布阵最小间距受限的难题。
本发明实施例易于推广，密集布阵已扩展为三层，将水平方向上单元天线间距提高2倍。
本发明实施例的结构实施难度小，不需要改变现有工业馈电座体系，实现的经济费用低。
本发明实施例中，水平方向上单元天线之间间距提高了1倍，能够容纳单元天线馈电座的安装，结构干涉问题得以解决。印制天线阵密集布阵结构中上下两层印制天线之间的间距可以适应性调整，并能够通过调整两层印制天线的外形及其馈线形状调整单元天线之间的波束、增益等性能参数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为常见印制天线结构示意图；
图2为印制天线一维直线组阵；
图3为一个12元印制天线组阵；
图4A为印制天线错位交叉布阵第一结构示意图；
图4B为印制天线错位交叉布阵第二结构示意图；
图5A为印制天线错位交叉布阵结构第一推广示意图；
图5B为印制天线错位交叉布阵结构第二推广示意图；
图5C为印制天线错位交叉布阵结构第三推广示意图；
图6为本发明印制天线阵密集布阵结构的设计方法步骤流程图；
图7A为本发明实施例中某型毫米波斜极化印制天线阵密集布阵第一结构实例；
图7B为本发明实施例中某型毫米波斜极化印制天线阵密集布阵第二结构实例；
图7C为本发明实施例中某型毫米波斜极化印制天线阵密集布阵第三结构实例；
图中，1-印制电路、2-第一馈电座、3-支撑板、11-印制电路、12-印制电路固定座、13-天线阵安装板、14-第二馈电座、21-第一紧固螺丝、22-第二紧固螺丝、111-印制天线单元。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
如图4A、图4B所示，一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构，
一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构，包括至少两层印制天线阵，在至少两层印制天线中，第一印制天线阵与第二印制天线阵的位置关系为错位交叉布阵。
此印制天线阵中，水平方向上单元天线之间间距提高了1倍，能够容纳单元天线馈电座的安装，结构干涉问题得以解决。印制天线阵密集布阵结构中上下两层印制天线之间的间距可以适应性调整，并通过调整两层印制天线的外形及其馈线形状调整单元天线之间的波束、增益等性能参数。
在本发明的其他实施方式中，包括第二馈电座14，第二馈电座14倾斜安装在错位交叉布阵的至少两层印制天线阵所在的天线阵安装板13上。
在本发明的其他实施方式中，至少两层印制天线阵设置在印制电路11上。
在本发明的其他实施方式中，印制电路11与印制电路固定座12连接。
在本发明的其他实施方式中，印制电路11通过多个紧固螺丝与印制电路固定座12连接。
在本发明的其他实施方式中，印制天线阵包括印制天线单元111。
在其他实施例中，某毫米波斜极化印制天线阵设计过程中使用了本发明实施例的结构，解决了组阵间距受馈电座宽度限制的问题，如图7A、7B、7C所示。天线处于毫米波频段，斜极化，组阵间距要求为4.5毫米，现有馈电座宽度4.85毫米，直线布阵会发生结构干涉，按照本发明实施例的方法(如图6)，将天线阵分为两层，每层馈电座之间距离变为9毫米，通过馈电座的倾斜安装，实现此毫米波斜极化印制天线阵馈电及组阵。
一种基于如上任一毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法，包括步骤：
S1，根据电性能指标要求，确定印制天线阵所需天线单元个数、阵列间距、馈电标准及馈电座类型；
S2，根据阵列间距是否小于馈电座宽度确定是否阵列需要分层；
S3，采用三维设计软件，对印制天线阵进行三维结构设计；
S4，分层对印制天线单元111进行详细设计，调整印制天线单元111的馈线长度，确保各层印制天线单元111间馈电相位及其他电性能参数一致；
S5，进行电性能仿真计算，验证印制天线阵密集布阵电性能是否满足要求，不满足，则跳转到步骤S3，进行迭代设计直至满足要求。
在本发明的其他实施方式中，在步骤S2中，当阵列间距在0.5～1倍馈电座宽度时，阵列分二层，当阵列间距在0.33～0.5倍馈电座宽度时，阵列分为三层。
在本发明的其他实施方式中，在步骤S3中，馈线长度需等长。
在本发明的其他实施方式中，在步骤S5之后，包括步骤S6，完成印制天线阵密集布阵结构其他工艺适应性详细设计。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构的设计方法，所述毫米波斜极化印制天线阵密集布阵结构包括至少两层印制天线阵和第二馈电座，在所述至少两层印制天线中，第一印制天线阵与第二印制天线阵的位置关系为错位交叉布阵，第二馈电座倾斜安装在所述错位交叉布阵的至少两层印制天线阵所在的天线阵安装板上，所述至少两层印制天线阵设置在印制电路上，其特征在于，包括步骤：
S1，根据电性能指标要求，确定印制天线阵所需天线单元个数、阵列间距、馈电标准及馈电座类型；
S2，根据阵列间距是否小于馈电座宽度确定是否阵列需要分层；
S3，采用三维设计软件，对印制天线阵进行三维结构设计；
S4，分层对印制天线单元进行详细设计，调整印制天线单元的馈线长度，确保各层印制天线单元间馈电相位及其他电性能参数一致；
S5，进行电性能仿真计算，验证印制天线阵密集布阵电性能是否满足要求，不满足，则跳转到步骤S3，进行迭代设计直至满足要求。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，当阵列间距在0.5～1倍馈电座宽度时，阵列分二层，当阵列间距在0.33～0.5倍馈电座宽度时，阵列分为三层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，馈线长度需等长。
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