CN201289899Y

CN201289899Y - 一种宽带单层微带贴片天线

Info

Publication number: CN201289899Y
Application number: CNU2008202153232U
Authority: CN
Inventors: 张智慧; 汪伟; 卢晓鹏; 张洪涛; 宋小弟
Original assignee: CETC 38 Research Institute
Current assignee: CETC 38 Research Institute
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2018-11-21

Abstract

本实用新型涉及一种宽带单层微带贴片天线。解决了现有普通的微带天线存在阻抗带宽窄的问题。该天线的微带贴片为单层凸形微带贴片，具有两种宽度的阶梯状共面微带线的一端通过凸形微带贴片上的开槽插入贴片天线内，馈电微带线的另一端位于微带介质板的边缘；与微带贴片相对应处之外的微带介质板背面与结构支撑板中部设有内凹金属背腔。本实用新型易于构成大型微带贴片天线阵；有利于天线的阻抗匹配；有利于微带功分网络的设计和降低天线重量；有利于展宽天线带宽；本实用新型结构简单、紧凑、横截面小；提高了天线电讯性能的同时降低了天线阵整体重量。

Description

一种宽带单层微带贴片天线

技术领域

本实用新型涉及一种单层介质微带贴片天线的改进结构，具体是一种宽带、金属背腔结构、薄单层介质凸形微带贴片天线。本实用新型既可用于接收，也可用于发射无线电波。

背景技术

宽带天线在军用和民用领域的应用越来越广泛。同时，在某些具体的应用中，对于天线阵还有诸如：体积、重量、效率和环境适应性等方面的特殊要求。例如：对于机/星载平台，要求天线剖面薄、重量轻、效率高并且满足一定环境应用条件。

适合于平面天线阵的辐射天线有多种形式，主要有波导缝隙天线阵、印刷振子和微带贴片天线阵等。波导缝隙天线阵效率高，但重量重、加工成本高；印刷振子天线阵剖面高、构成平面阵列时结构组装相对复杂；微带贴片天线具有剖面低、易于批量加工构成大型平面天线阵，但其带宽窄。对于天线形式的选择需要根据实际要求，综合各方因素折中考虑。

微带天线由于拥有剖面低、重量轻、易于加工和易于与其它有源器件集成等众多优点，因此，具有广阔的应用范围。

普通的微带天线具有阻抗带宽窄的缺点，研究人员对展宽微带天线的阻抗带宽已经做了大量的研究，比较典型的方法有：

1.采用多层贴片的方式，尤其是双层贴片天线形式，通过上下不同大小的贴片构成双谐振点，从而增加微带天线的阻抗带宽。但这种结构有其固有的缺点，即，需要多层介质板，典型结构如双层微带贴片天线，它包括了辐射馈电介质层、寄生贴片介质层和两者之间的泡沫层，多层介质通过粘结组装，这种结构具有几个明显的缺陷，即，不同材料介质板粘结的粘胶选择和加工工艺问题；不同材料热涨系数差异带来整个天线热变形问题；对于星载SAR天线而言还有天线阵面热传导低下的问题；不利于有源相控阵天线热设计。

2.采用同轴馈电形式的各种槽(如：E型槽，U型槽等)加载的微带贴片天线也能增加微带天线的阻抗带宽。这类结构的贴片天线单元在组成大型平面天线阵(非两维较大角度扫描阵，如一维扫描阵，或另一维较小扫描阵。比较典型的应用实例是星载合成孔径雷达中的二维有源相控阵天线，其距离向通常要求扫描±20°左右，而方位向扫描仅±1°左右，因此整个相控天线阵通常由许多独立的多单元构成)时有其固有的缺陷：每个辐射单元都采用探针馈电不利于加工，并且大量探针与微带贴片之间的垂直焊点降低了系统的可靠性；为了组成平面阵，仍需要额外的功分网络；另外，这些天线单元的介质板厚度通常都较厚，因此增加了天线的重量，且不利于微带功分网络共面设计。

3.其它诸如L形微带和终端加载等电磁耦合馈电微带贴片天线都具有以上向类似的结构缺陷。

实用新型内容

为了解决现有普通的微带天线存在阻抗带宽窄的缺点，本实用新型提供一种宽带金属背腔结构薄单层介质凸形微带贴片天线。具有良好的宽频带特征，且结构简单，便于组成平面阵。

实现上述目的的具体技术方案如下：

一种宽带单层微带贴片天线包括具有微带贴片、微带介质板和金属背腔的微带贴片天线，所述微带贴片位于微带介质板的正面中部；

所述微带贴片为单层凸形微带贴片，具有两种宽度的阶梯状共面微带线的一端通过凸形微带贴片上的开槽插入贴片天线内，馈电微带线的另一端位于微带介质板的边缘；

与微带贴片相对应处之外的微带介质板背面设有金属地层，整个微带介质板背面还设有结构支撑板，与微带贴片相对应的结构支撑板中部设有内凹背腔，内凹背腔的内表面设有金属层，形成金属背腔。

所述凸形微带贴片下部的矩形部分尺寸为L＝15mm，W＝7.6mm，其上部凸出部分尺寸为L1＝3.0，W1＝1.2mm；所述凸形微带贴片上的开槽为矩形槽；

所述插入贴片内部的共面微带线的宽度W2为1.9mm，长度L2为9.9mm，相连接的另一段共面微带线的宽度Wf为0.3mm。

所述金属背腔紧贴在微带介质板的背面，位于微带贴片的正下方，金属背腔高度Hc为3.5mm，背腔口径尺寸长度Lc为16.4mm，宽度Wc为16.4mm。

所述微带介质板材料为聚四氟乙烯(RT6002)，介电常数为2.94；厚度Hd为0.508毫米，长度L0为30mm，宽度W0为30mm。

所述结构支撑板可为普通铝蜂窝结构板或金属板。

本实用新型具有以下几几方面的有益技术效果：

采用共面微带线对凸形微带贴片进行馈电，降低大型平面微带天线阵的加工难度，并且采用薄微带介质板以利于阶梯状共面微带线的设计，易于构成大型微带贴片天线阵；

充分利用大型微带平面阵的结构支撑板，在凸形微带贴片正下方的结构支撑板上开矩形腔体，以便增加凸形微带贴片微带介质板的有效厚度和降低有效介电常数，实现微带贴片天线宽带性能。

阶梯状共面微带线通过凸形微带贴片上的开槽，深入到贴片天线内部，并且选择不同的微带线的宽度，有利于天线的阻抗匹配。

天线背腔凹槽开于结构板中，减少了结构板实体部分，电、机一体化设计实现天线减重约17％。

所述改进的宽带凸形微带贴片天线采用阶梯状共面微带线进行馈电，可以与微带功分网络一起印刷在微带介质板上，容易组成大型平面天线阵，结构简单，易于加工；采用薄层介质板有利于微带功分网络的设计，并且降低了天线重量；充分利用微带天线阵的结构支撑板，使展宽带宽的背腔与结构板一体化设计，无额外增加设备，并且降低了结构板的重量。

本实用新型结构简单、紧凑、横截面小。

附图说明

图1为本实用新型天线的结构俯视图；

图2为本实用新型天线沿图1中AA’的剖面图；

图3为本实用新型天线的凸形微带贴片1结构尺寸示意图；

图4为本实用新型天线的阶梯共面微带线2结构尺寸示意图；

图5为本实用新型天线的背腔3和微带介质板4结构尺寸示意图；

图6为本实用新型天线输入端口反射系数结果图；

图7为本实用新型优选实施例8单元微带天线线阵结构示意图；

图8为本实用新型优选实施例8×8微带天线子阵结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地描述。

实施例1：

参见图1和图2，一种宽带金属背腔式单层凸形微带贴片天线包括凸形微带贴片1、具有两种宽度的阶梯状共面微带线2、背腔3、微带介质板4、结构支撑板5和金属地6。

具有两种宽度的共面微带线2的一端通过凸形微带贴片上的开槽插入到贴片天线内部，馈电微带线2的另一端位于微带介质板4的边缘；

与微带贴片1相对应处之外的微带介质板4背面设有金属地层6，整个微带介质板4背面还设有结构支撑板5，与微带贴片1相对应的结构支撑板5中部为内凹背腔3，内凹背腔3的内表面设有金属层，形成金属背腔。

如图3所示，凸形微带贴片1长度L为15mm，宽度W为7.6mm；凸形微带贴片1边缘一侧凸起部分长L1为3.0mm，宽W1为1.2mm；凸形微带贴片1边缘另一侧开有一长度Ls为6.8mm宽度Ws为4.9mm的矩形槽，以便阶梯状共面微带线2能伸入凸形微带贴片1内部。

如图4所示，阶梯状共面微带线2伸入凸形微带贴片1内部，阶梯状共面微带线2由宽度不同的两段微带线组成，与凸形微带贴片1内部直接相连的微带线宽度较宽，尺寸分别为长L2为9.9mm、宽W2为1.9mm，阶梯状共面微带线2宽度较窄的部分宽度Ws为0.3mm。

如图2和图5所示，结构支撑板5紧贴于微带介质板4的背面，结构支撑板5内有一长方体内凹背腔3，内凹背腔3位于凸形微带贴片1的正下方，且紧贴于微带介质板4的背面，内凹背腔3长Lc为16.4mm、宽Wc为16.4mm、高Hc为3.5mm。微带介质板4长L0为30mm、宽为W0为30mm、厚度Hd为0.508mm；微带介质板4材料为聚四氟乙烯。

如附图2所示，位于背腔3正上方微带介质板4背面的接地铜箔已经被腐蚀去除，去除部分口径大小与背腔3上部开口的口径大小相同；背腔3内壁镀有一层铜箔，此铜箔与微带介质板4背面未被腐蚀去除的铜箔良好接触，共同构成微带贴片天线的金属地6。

本实用新型工作原理如下：

凸形微带贴片1正下方的背腔3中介质为空气，空气的介电常数约为1，降低了凸形微带贴片1下方介质的有效介电常数，有利于展宽微带贴片天线的阻抗带宽；同时，由于背腔3中的空气介质的存在，也起到了增加凸形微带贴片1下方介质的等效高度，这也有利于展开微带贴片天线的阻抗带宽；采用独特的凸形微带贴片1和背腔3，能形成多个谐振频率值，通过调节凸形贴片1和背腔3的尺寸，能够调节各谐振频率值间距，当各谐振频率值间距恰当时，就能效展宽微带贴片天线的阻抗带宽；由于下方有背腔3的微带介质板4的有效介电常数及等效高度和单纯的微带介质板4的有效介电常数及等效高度均不相同，故相同宽度微带线的特性阻抗也不同，故本实用新型采用独特的阶梯状共面微带线2对凸形微带贴片1馈电，以便达到宽带匹配的目的，从而有效展宽微带贴片天线的阻抗带宽；综上所述，本实用新型有效地展宽了微带贴片天线的阻抗带宽，从而极大地提高了性能。

另外，本实用新型采用与微带贴片共面的微带线馈电方式，有利于由子阵级组成大型天线阵的加工。

本实用新型性能如下：

附图6为本实用新型X波段天线单元S11参数随频率变化的曲线。在S11≤-10dB的考核条件下，阻抗带宽为4.36GHz(8.6GHz到12.96GHz)，即天线的相对阻抗带宽为40％，而常规单层微带贴片天线带宽仅在1％之内。

实施例2：

本实用新型的一个优选实施例如图7所示，是一应用于X波段8元微带天线线阵，此线阵由4个2单元阵沿直线平移而成，2单元间采用反相馈电方式，8个凸形微带贴片1与共面的1:8微带功分网络7相连构成一个线阵，最终与一个同轴连接器8通过垂直焊接。

实施例3：

本实用新型的另一个优选实施例如图8所示，该8×8微带天线子阵由图7所示8元线阵沿同一方向平移而成，此子阵与T/R组件相连，辅以电源、波控和安装结构件等可以扩展成大型子阵级有源相控阵天线。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的详细说明，不能认定本实用新型具体实施仅限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，如不同形状的贴片和背腔，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的实用新型保护范围。

Claims

1、一种宽带单层微带贴片天线，包括具有微带贴片、微带介质板和金属背腔的微带贴片天线，所述微带贴片位于微带介质板的正面中部，其特征在于：

2、根据权利要求1所述的一种宽带单层微带贴片天线，其特征在于：所述凸形微带贴片下部的矩形部分尺寸为L＝15mm，W＝7.6mm，其上部凸出部分尺寸为L1＝3.0，W1＝1.2mm；所述凸形微带贴片上的开槽为矩形槽。

3、根据权利要求1所述的一种宽带单层微带贴片天线，其特征在于：所述插入贴片内部的共面微带线的宽度W2为1.9mm，长度L2为9.9mm，相连接的另一段共面微带线的宽度Wf为0.3mm。

4、根据权利要求1所述的一种宽带单层微带贴片天线，其特征在于：所述金属背腔紧贴在微带介质板的背面，位于微带贴片的正下方，金属背腔高度Hc为3.5mm，背腔口径尺寸长度Lc为16.4mm，宽度Wc为16.4mm。

5、根据权利要求1所述的一种宽带单层微带贴片天线，其特征在于：所述微带介质板材料为聚四氟乙烯(RT6002)，介电常数为2.94；厚度Hd为0.508毫米，长度L0为30mm，宽度WO为30mm。

6、根据权利要求1所述的一种宽带单层微带贴片天线，其特征在于：所述结构支撑板可为普通铝蜂窝结构板或金属板。