CN1787284A - 一种微带缝隙阵天线 - Google Patents

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贺连星
刘晓晗
殷杰羿
资剑
李毅
丁振宇
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Abstract

本发明提供了一种厚度更薄，体重更轻，旁瓣电平更低的平板型微带隙阵天线，本发明以全新的人工高阻抗磁导面取代常规的全金属电导面作为天线阵的反射背板，可使反射背板与缝隙阵面的间距从λ/4或3λ/4降到λ/10以下(理想间距为零)，从而大大降低了天线的厚度。由于反射背板与缝隙阵面之间常填充泡沫介质作支撑与隔离，间距的降低使所需泡沫介质的量大为减小，对大型天线阵而言由此而降低的天线重量也相当可观。与此同时，由于这种新型的磁导背板具有特殊的电磁禁带特性，可抑制表面波及缝隙与反射背板之间平行板模式电磁波的传播，从而有效降低阵列天线的旁瓣电平。这种人工高阻抗磁导面可应用在各种阵列的阵天线，如1×8，2×8，4×4等结构。

Description

一种微带缝隙阵天线
技术领域
本发明涉及一种微带缝隙阵天线，具体而言，涉及一种以全新的人工高阻抗磁导面作为天线阵反射背板的平板微带缝隙阵天线。
背景技术
微带天线具有剖面薄，体积小，重量轻，易与载体表面形成共形结构，可用常规印刷电路技术大批量生产，制造成本低，以及易与其他固态微波元器件集成的优点，在军事及民用通信领域获得了广泛的应用。就具体结构而言，又可细分为贴片天线，缝隙天线，线天线，振子天线等好几类，相较微带贴片天线与线天线而言，微带缝隙天线具有更高的频率带宽，从而可满足多数应用场合对频率带宽的要求，其应用前景十分广泛。为了满足天线单方向辐射的要求，在缝隙的一边需加一反射背板。为确保入射波与反射波的同向性，采用常规金属电导材料作反射背板时，反射背板与缝隙的间距约为λ/4或3λ/4(λ为自由空间波长)。这样使整个天线的厚度相应较大，使微带天线所具备的低剖面优点大打折扣。此外，由于缝隙与反射背板之间类似于一平行板波导，在其表面易激励表面波，表面波以及平板模式传输的电磁波产生的寄生辐射的存在会使缝隙的天线的辐射性能变差，具体对阵列天线而言，会使其旁瓣电平升高。
如何能够克服这些不足成为业界极为关注的问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，我们的发明提供了一种厚度更薄，体重更轻，旁瓣电平更低的平板型微带隙阵天线，本发明以全新的人工高阻抗磁导面取代常规的全金属电导面作为天线阵的反射背板，可使反射背板与缝隙阵面的间距从λ/4或3λ/4降到λ/10以下(理想间距为零)，从而大大降低了天线的厚度。由于反射背板与缝隙阵面之间常填充泡沫介质作支撑与隔离，间距的降低使所需泡沫介质的量大为减小，对大型天线阵而言由此而降低的天线重量也相当可观，因此在某些特别注重重量的航天领域使用时这一优点将更为突出。与此同时，由于这种新型的磁导背板具有特殊的电磁禁带特性，可抑制表面波及缝隙与反射背板之间平行板模式电磁波的传播，从而有效降低阵列天线的旁瓣电平。这种人工高阻抗磁导面可应用在各种阵列的阵天线，如1×8，2×8等应用于基站的天线结构，以及4×4等笔束型天线结构。
附图说明
图1：(a)实施例1结构示意图和横截面图；
     (b)实施例2结构示意图和横截面图；
图2：天线及馈线结构示意图；
图3：高阻抗磁导反射面结构示意图；
图4：本发明辐射方向图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，现结合附图对本发明进行进一步的说明，现提供两种实施例，本发明的保护范围不仅限于所提供的实施例方案。
实施例一，见图1(a)，本实施例是一种1×8矩阵的微带缝隙阵天线100，具有8个缝隙天线，缝隙110位于介质板113下表面，缝隙110周边为金属地112，馈线111位于介质板113上表面，介质板113下面是隔离层114，最下面是高阻磁导面基板116，高阻面磁导花样115位于高阻磁导面基板116的上表面，高阻磁导面基板116的下表面为金属底板117；具体的尺寸参数和材料选取根据所应用的频段按照已有的无线通信理论计算得出，本实施例中，频率应用范围为3.4GHz到3.53GHz，介质板113选用介电常数在2到100以内的微波介质材料，隔离层114选用介电常数在1到20以内的介质，高阻磁导面基板116采用介电常数在2到100以内的微波介质材料；
高阻面磁导花样115见图3，利用印刷电路板工艺，将金属材料印刷在微波介质材料上，本实施例中，金属选用的是铜，微波介质材料选用的是聚四氟乙烯，黑色部分是金属，具体尺寸标度已在图3中标出，单位长度w由该天线应用的频率范围确定，不同的w值对应不同的天线工作频段，根据不同的匹配模式可对s值在w数值大小附近进行微调，本实施例中，w＝0.43mm，s＝w，应用本高阻面磁导花样115后，整个天线的厚度可控制在6mm以下。
实施例二，见图1(b)，本实施例是一种1×8矩阵的微带缝隙阵天线200，具有8个缝隙天线，缝隙110位于介质板113上表面，缝隙110周边为金属地112，馈线111位于介质板113下表面，介质板113下面是隔离层114，最下面是高阻磁导面基板116，高阻面磁导花样115位于高阻磁导面基板116的上表面，高阻磁导面基板116的下表面为金属底板117；具体的尺寸参数和材料选取根据所应用的频段按照已有的无线通信理论计算得出，本实施例中，频率应用范围为3.4GHz到3.53GHz，介质板213选用介电常数在2到100以内的微波介质材料，隔离层214选用介电常数在1到20以内的介质，高阻磁导面基板116采用介电常数在2到100以内的微波介质材料；
实施例二天线及馈线结构如图2，介质板113上表面有缝隙110，缝隙110周边是金属地112，介质板113下表面连接有馈线111；该部分的具体结构参数根据频率和带宽要求设计；实施例一的天线及馈线结构与实施例二情况比较，区别仅在于各自分布的上下表面进行交换；
高阻面磁导花样115见图3，利用印刷电路板工艺，将金属材料印刷在微波介质材料上，本实施例中，金属选用的是铜，微波介质材料选用的是聚四氟乙烯，黑色部分是金属具体尺寸标度已在图3中标出，单位长度w由该天线应用的频率范围确定，不同的w值对应不同的天线工作频段，根据不同的匹配模式可对s值在w数值大小附近进行微调，本实施例中，w＝0.43mm，s＝w，应用本高阻面磁导花样115后，整个天线的厚度可控制在6mm以下。
方向图见图4，采用普通金属板作为底板的天线旁瓣通常比主峰低13个db左右，而本发明的天线旁瓣对比主峰可降低18个db左右。

Claims (6)

1.一种微带缝隙阵天线，具有从上至下依次为介质板(113)，隔离层(114)和高阻磁导面基板(116)的三层结构，缝隙(110)位于所述介质板(113)上，所述缝隙(110)周围为金属地(112)，馈线(111)位于所述介质板(113)上，其特征在于，所述高阻磁导面基板(116)的上表面有高阻面磁导花样(115)，所述高阻磁导面基板(116)的下表面为金属底板(117)。
2.如权利要求1所述的微带缝隙阵天线，其特征在于，所述高阻面磁导花样(115)是利用印刷电路板工艺在微波介质材料上印刷金属材料制成，具体图案和尺寸比例如图3所示。
3.如权利要求2所述的微带缝隙阵天线，其特征在于，所述缝隙(110)位于介质板(113)下表面，所述馈线(111)位于介质板(113)上表面。
4.如权利要求2所述的微带缝隙阵天线，其特征在于，所述缝隙(110)位于介质板(113)上表面，所述馈线(111)位于介质板(113)下表面。
5.如权利要求3或4所述的微带缝隙阵天线，其特征在于，缝隙阵列为1×8，2×8或4×4的矩阵。
6.如权利要求5所述的微带缝隙阵天线，其特征在于，单位长度w＝0.43mm，s＝w。
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