CN114824835A - 一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，涉及天线技术领域，包括介质基材以及设置于介质基材上的天线组件，其中天线组件设计为包括低频模块、中频模块、高频模块以及微带线，低频模块由若干第一单极子单元组成；该第一单极子单元具体为由第一顶盘加载第一单极子及短路针组成的折合单极子结构。中频模块由若干第二单极子单元组成；该第二单极子单元由第二顶盘加载第二单极子组成。高频模块由若干第三单极子单元组成；该第三单极子单元直接为第三单极子。微带线被设计为用于串联第一单极子、第二单极子以及第三单极子并进行馈电。本申请设计的阵列天线具有超宽带、低剖面（超薄）、低仰角及平面化可共形的优点。

Description

一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线。

背景技术

端射天线由于其贴近天线结构主轴方向的辐射特性，对于实现远距探测、远程制导、追踪高速目标和地空对话等应用有着重要作用。常见的端射天线不仅需要具备3：1以上的带宽，同时要拥有超低的剖面以及能与载体外表面实现共形，以节省系统空间，并且最小限度地减少由于载体高速运动带来的空气阻力。

目前已有的端射天线宽带共形化研究中，其实现方式主要有以下几种：第一种方式为基于传统的水平极化端射天线的改进，但其受地板的影响不能实现低剖面。第二种方式为基于磁偶极子的低剖面端射阵列，该结构主要利用贴片与地板之间的缝隙组成磁偶极子进行辐射。但是该类天线由于天线谐振单元结构的限制，天线工作带宽窄，满足不了超宽带应用的需求。第三种方式为基于对数周期馈电结构的单极子阵列天线，可以实现超过3：1带宽，但其问题是结构不是标准平面化的，单极子加载所用的顶盘是悬空的，结构强度和实用性不好。第四种方式为基于波导结构的行波天线，是一种可以实现低剖面性能的天线类型，但是该类天线的缺点是受限于表面波的高次影响，天线带宽不能继续扩展。总的来说，现有的放置于地板上的端射天线存在有不能同时满足3：1以上的超宽带、超低剖面（工作频率最低频的0.05个波长以内）、平面化结构的不足。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，克服现有的放置于地板上的端射天线存在的不足。

为达到上述技术目的，本申请提供了一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，包括介质基材以及设置于所述介质基材上的天线组件；

所述天线组件包括低频模块、中频模块、高频模块以及微带线；

所述低频模块由若干第一单极子单元组成；

所述第一单极子单元包括第一单极子、短路针以及第一顶盘；

所述第一顶盘连接设置于所述第一单极子与所述短路针顶端；

所述中频模块由若干第二单极子单元组成；

所述第二单极子单元包括第二单极子以及第二顶盘；

所述第二顶盘连接设置于所述第二单极子顶端；

所述高频模块由若干第三单极子单元组成；

所述第三单极单元包括第三单极子；

所述微带线用于串联若干所述第一单极子、若干所述第二单极子以及若干所述第三单极子并进行馈电。

进一步地，所述介质基材包括自下而上依次设置的下介质层、中间地板以及上介质层；

所述中间地板上分别设有若干第一开口、若干第二开口以及若干第三开口；

所述第一单极子一一对应穿过第一开口并与所述第一开口之间具有间隙，所述第一单极子的底端向所述下介质层延伸，顶端向所述上介质层延伸；

所述短路针设置于所述上介质层内；

所述第二单极子一一对应穿过第二开口并与所述第二开口之间具有间隙，所述第二单极子的底端向所述下介质层延伸，顶端向所述上介质层延伸；

所述第三单极子一一对应穿过第三开口并与所述第三开口之间具有间隙，所述第三单极子的底端向所述下介质层延伸，顶端向所述上介质层延伸；

所述微带线设于所述下介质层的上表面；

所述第一顶盘以及所述第二顶盘设于所述上介质层的上表面。

进一步地，所述第一单极子为金属化过孔或导电针；

所述短路针为金属化过孔或导电针；

所述第二单极子为金属化过孔或导电针；

所述第三单极子为金属化过孔或导电针。

进一步地，所述第一单极子呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状；

所述第二单极子呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状；

所述第三单极子呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状。

进一步地，所述第一顶盘为面状导体或金属块；

所述第二顶盘为面状导体或金属块。

进一步地，所述第一顶盘为圆形或矩形；

所述第二顶盘为圆形或矩形。

进一步地，所述微带线弯曲设置。

从以上技术方案可以看出，本申请设计的可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，包括介质基材以及设置于介质基材上的天线组件，其中天线组件设计为包括低频模块、中频模块、高频模块以及微带线。低频模块由若干第一单极子单元组成；该第一单极子单元具体为由第一顶盘加载第一单极子及短路针组成的折合单极子结构。中频模块由若干第二单极子单元组成；该第二单极子单元由第二顶盘加载第二单极子组成。高频模块由若干第三单极子单元组成；该第三单极子单元直接为第三单极子。微带线被设计为用于串联第一单极子、第二单极子以及第三单极子并进行馈电。

上述设计中，第一顶盘以及第二顶盘的加载设计可以实现低剖面，折合单极子结构的设计可以提高阻抗，将低频模块、中频模块以及高频模块串联组阵的设计可以实现超宽带。再者利用介质基材作为天线组件的结构填充，整体可实现平面化与可共形结构，而且本申请这一设计的阵列天线经测试辐射角度距离水平方向20°~30°。总的来说，与现有的放置于大金属导体表面上的天线相比，本申请设计的阵列天线具有超宽带、低剖面（超薄）、低仰角及平面化可共形的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请中提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线的立体结构示意图；

图2为本申请中提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线的侧视图；

图3为本申请中提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线在2GHz频率状态下的yoz面实测归一化方向图；

图4为本申请中提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线在6GHz频率状态下的yoz面实测归一化方向图；

图5为本申请中提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线在18GHz频率状态下的yoz面实测归一化方向图；

图6为本申请中提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线的驻波比图；

图中：1、介质基材；11、中间地板；111、第一开口；112、第二开口；113、第三开口；12、下介质层；13、上介质层；21、第一单极子；22、第一顶盘；23、短路针；31、第二单极子；32、第二顶盘；41、第三单极子；5、微带线。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例公开了一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线。

请参阅图1至图6，本申请实施例中提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线的一个实施例包括：

介质基材1以及设置于介质基材1上的天线组件。

天线组件包括低频模块、中频模块、高频模块以及微带线5。

低频模块由若干第一单极子单元组成。

第一单极子单元包括第一单极子21、短路针23以及第一顶盘22；第一顶盘22设置于第一单极子21与短路针23顶端并与第一单极子21与短路针23连接。也即是该第一单极子单元具体为由第一顶盘22加载第一单极子21及短路针23组成的折合单极子结构。

中频模块由若干第二单极子单元组成。

第二单极子单元包括第二单极子31以及第二顶盘32，第二顶盘32设置于第二单极子31顶端并与第二单极子31连接。

高频模块由若干第三单极子单元组成。

第三单极单元包括第三单极子41。

微带线5用于串联若干第一单极子21、若干第二单极子31以及若干第三单极子41并进行馈电。

如图3至图5为本申请所设计的阵列天线的方向图实测结果，由于中间地板11是有限大的，从图可以看出天线的辐射角度为θ=60°左右，与水平方向θ=90°之间有20°~30°的角度偏差，也即是天线辐射角度距离水平方向形成有一个小的仰角。从图还可以看出，天线的前后比在9.5dB以上，且高频处的前后比更优。需说明的是，图3、图4、图5中前后比由归一化方向图中最大增益方向幅值与后瓣增益幅值的差值得出。

如6为本申请所设计的阵列天线的驻波比图，从图可以看出，在大部分频段电压驻波比都小于2，满足业内通用的要求。最差值在低频段的几个频点附近，约为2.4左右，可以通过进一步增加第一单极子单元、第二单极子单元以及第三单极子单元的数量（也即是第一单极子21与短路针23加载第一顶盘22、第二单极子31加载第二顶盘32以及第三单极子41的个数均适量增加，这样利于匹配）以及优化匹配网络，亦可降低该驻波比。

上述设计中，第一顶盘22以及第二顶盘32的加载设计可以实现低剖面，折合单极子结构的设计可以提高阻抗，将低频模块、中频模块以及高频模块串联组阵的设计可以实现超宽带。再者利用介质基材1作为天线组件的结构填充，整体可实现平面化与可共形结构。总的来说，与现有的放置于大金属导体表面上的天线相比，本申请设计的阵列天线具有超宽带、低剖面（超薄）、低仰角及平面化可共形的优点。

以上为本申请实施例提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线的实施例二，具体请参阅图1至图2。

基于上述实施例一的方案：

进一步地，就介质基材1来说，包括自下而上依次设置的下介质层12、中间地板11以及上介质层13。上介质层13以及下介质层12作为支撑结构，起到支撑作用，下介质层12设置于中间地板11的下表面上，上介质层13设置于中间地板11的上表面上；利用介质基材作为本申请该低剖面阵列天线的结构填充，整体实现平面化与可共形结构。具体的，上介质层13以及下介质层12可以根据需要进行适度的弯曲，同时第一顶盘22、第二顶盘32和微带线5跟随对应的介质层外形变化而变化，从而最终可实现一种延申的共形天线结构。就介质基材1的具体加工制备来说，可以是采用多层PCB工艺进行加工制备，也即是使用两层PCB（介质）板材上下紧密堆叠，其中中间底板是由上PCB层（上介质层）的下覆铜表面或者下PCB层（下介质层）的上覆铜表面实现。还可以是通过LTCC工艺进行加工制备，其中上介质层/下介质层由陶瓷实现，而中间地板可以由很薄的银浆层实现。

中间地板11上分别设有若干第一开口111、若干第二开口112以及若干第三开口113；第一单极子21一一对应穿过第一开口111并与第一开口111之间具有间隙，第一单极子21的底端向下介质层12延伸，顶端向上介质层13延伸；短路针23设置于上介质层13内，一端不穿过中间地板11但与中间地板11连接（接触），另一端往上介质层13顶面延伸；第二单极子31一一对应穿过第二开口112并与第二开口112之间具有间隙，第二单极子31的底端向下介质层12延伸，顶端向上介质层13延伸；第三单极子41一一对应穿过第三开口113并与第三开口113之间具有间隙，第三单极子41的底端向下介质层12延伸，顶端向上介质层13延伸；微带线5设于下介质层12的上表面；第一顶盘22以及第二顶盘32设于上介质层13的上表面。中间底板上对应的开口面积大于对应的单极子单元，从而保证中间底板不与单极子单元结构相连而发生短路。

进一步地，就第一单极子21的形成来说，可以是上介质层13中以及下介质层12中的金属化过孔或导电针形成；

同理，第二单极子31也可为金属化过孔或导电针。

同理，第三单极子41也可为金属化过孔或导电针；

就短路针23的形成来说，也可以为上介质层13中的金属化过孔或导电针。

进一步地，就第一单极子21形状设计来说，可以呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状，也可以是异形等其它形状，具体不做限制。

同理，第二单极子31也可呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状，或其它形状。

同理，第三单极子41也可呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状，或其它形状。

进一步地，就第一顶盘22的形成来说，可以为面状导体或金属块。

同理，第二顶盘32也可以为面状导体或金属块。以介质基材1为PCB工艺加工制备为例，第一顶盘22以及第二顶盘32可用上PCB层的上覆铜表面刻蚀实现。

进一步地，第一顶盘22可以为圆形或矩形，当然也可以是异形等其它形状，不做限制。

同理，第二顶盘32也可为圆形或矩形，或其它形状。

进一步地，微带线5弯曲设置。弯曲设计能够提供阵列天线获得端射波束所需的相位条件。另外，微带线5的粗细也可以根据需要设计为变化的，这样能够较好地实现阵列天线的阻抗匹配。再者，微带线5末端可以开路或短路或接电阻处理。

以上对本申请所提供的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，其特征在于，包括介质基材（1）以及设置于所述介质基材（1）上的天线组件；

所述天线组件包括低频模块、中频模块、高频模块以及微带线（5）；

所述低频模块由若干第一单极子单元组成；

所述第一单极子单元包括第一单极子（21）、短路针（23）以及第一顶盘（22）；

所述第一顶盘（22）连接设置于所述第一单极子（21）与所述短路针（23）顶端；

所述中频模块由若干第二单极子单元组成；

所述第二单极子单元包括第二单极子（31）以及第二顶盘（32）；

所述第二顶盘（32）连接设置于所述第二单极子（31）顶端；

所述高频模块由若干第三单极子单元组成；

所述第三单极单元包括第三单极子（41）；

所述微带线（5）用于串联若干所述第一单极子（21）、若干所述第二单极子（31）以及若干所述第三单极子（41）并进行馈电。

2.根据权利要求1所述的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，其特征在于，所述介质基材（1）包括自下而上依次设置的下介质层（12）、中间地板（11）以及上介质层（13）；

所述中间地板（11）上分别设有若干第一开口（111）、若干第二开口（112）以及若干第三开口（113）；

所述第一单极子（21）一一对应穿过第一开口（111）并与所述第一开口（111）之间具有间隙，所述第一单极子（21）的底端向所述下介质层（12）延伸，顶端向所述上介质层（13）延伸；

所述短路针（23）设置于所述上介质层（13）内；

所述第二单极子（31）一一对应穿过第二开口（112）并与所述第二开口（112）之间具有间隙，所述第二单极子（31）的底端向所述下介质层（12）延伸，顶端向所述上介质层（13）延伸；

所述第三单极子（41）一一对应穿过第三开口（113）并与所述第三开口（113）之间具有间隙，所述第三单极子（41）的底端向所述下介质层（12）延伸，顶端向所述上介质层（13）延伸；

所述微带线（5）设于所述下介质层（12）的上表面；

所述第一顶盘（22）以及所述第二顶盘（32）设于所述上介质层（13）的上表面。

3.根据权利要求1所述的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，其特征在于，所述第一单极子（21）为金属化过孔或导电针；

所述短路针（23）为金属化过孔或导电针；

所述第二单极子（31）为金属化过孔或导电针；

所述第三单极子（41）为金属化过孔或导电针。

4.根据权利要求1所述的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，其特征在于，所述第一单极子（21）呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状；

所述第二单极子（31）呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状；

所述第三单极子（41）呈圆形柱状、方形柱状或倒锥形柱状。

5.根据权利要求1所述的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，其特征在于，所述第一顶盘（22）为面状导体或金属块；

所述第二顶盘（32）为面状导体或金属块。

6.根据权利要求1所述的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，其特征在于，所述第一顶盘（22）为圆形或矩形；

所述第二顶盘（32）为圆形或矩形。

7.根据权利要求1所述的一种可共形的超薄超宽带低仰角阵列天线，其特征在于，所述微带线（5）弯曲设置。

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