CN204834886U - 一种k波段微带阵列天线 - Google Patents

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侯艳茹
高静
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Abstract

本实用新型涉及一种K波段微带阵列天线,所述阵列天线包括平面阵列辐射面,所述平面阵列辐射面包括由若干辐射单元组成的方形阵列和微带线馈电网络。本实用新型采用平面阵列设计方式,实现了K波段微带阵列天线,填补了平面微带阵列天线技术在K等高毫米波段的技术空白。

Description

一种K波段微带阵列天线
技术领域
本实用新型涉及微带阵列天线的设计,具体涉及一种K波段微带阵列天线。
背景技术
微带阵列天线具有体积小、质量轻、剖面低、易于安装和与载体表面共形等特点,且天线可以与馈电网络一起制作,适用于印刷电路技术,能实现大规模生产,成本较低。微带阵列天线还可与有源器件或电路集成于一体,实现全平面集成的收、发前端模块。因此,微带天线阵技术受到普遍关注,并已广泛应用于毫米波雷达、通信、制导等领域。
目前,国内、外对毫米波微带阵列天线的研究主要集中在频率较低的波段,如L、C、S波段。对于K等高毫米波段,由于微带线损耗较大,研究相对较少,并且大部分集中在扇形波束扫描的线阵方向,平面阵列则未见报导。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种微带阵列天线,采用平面阵列设计,可以利用K波段的电磁波作为载波进行通信。
为实现上述目的,本实用新型提供了一种K波段微带阵列天线,所述阵列天线包括平面阵列辐射面,所述平面阵列辐射面包括由若干辐射单元组成的方形阵列和微带线馈电网络。
由上述技术方案可知,本实用新型采用平面阵列设计方式,实现了K波段微带阵列天线,填补了平面微带阵列天线技术在K等高毫米波段的技术空白。
优选的,所述微带线馈电网络对所述若干辐射单元的激励幅度加权关系符合切比雪夫分布关系。
优选的,所述辐射单元为16个,组成4×4的方形阵列。
优选的,所述辐射单元由四个矩形微带贴片单元和子馈电网络组成,所述四个矩形微带贴片单元组成2×2的方形阵列。
优选的,所述辐射单元组成的4×4的方形阵列的四个行的幅度激励比顺序为0.576:1:1:0.576,四个列的幅度激励比顺序为0.576:1:1:0.576。
优选的,所述子馈电网络由一个一分四的等幅同相激励的功分器组成,每节一分二的功分器含有一个四分之一波长的阻抗变换器。
优选的,所述矩形微带贴片单元为中心嵌入式馈电贴片单元。
优选的,所述K波段微带阵列天线的工作中心频率为24.15GHz。
本实用新型增益高、副瓣低、尺寸小,便于与有源器件或电路集成,并且能实现批量生产,成本比较低。
附图说明
图1是现有技术中微带阵列天线的结构示意图;
图2是本实用新型一个实施例的结构示意图;
图3是本实用新型一个实施例的辐射单元的结构示意图;
图4是本实用新型一个实施例的中心嵌入式馈电贴片单元的结构示意图;
图5是本实用新型一个实施例的2×2元子方阵的S11仿真结果图;
图6是本实用新型一个实施例的2×2元子方阵的E面和H面方向图仿真结果图;
图7是本实用新型一个实施例的8×8元阵列天线的S11仿真结果图;
图8是本实用新型一个实施例的8×8元阵列天线E面和H面方向图仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。
微带阵列天线一般采用图1所示的结构,包括接地层、介质层和贴片层。
请参照图2,本实用新型实施例提供的K波段微带阵列天线包括平面阵列辐射面10,所述平面阵列辐射面10包括由若干辐射单元11组成的方形阵列和微带线馈电网络12。其中,所述平面阵列辐射面10位于贴片层。可选的,在该实施例中,所述介质层采用型号为RogersRo4232(tm)的板材,其介电常数为3.2,厚度为0.254mm。
优选的,在本实用新型的其他实施例中,所述微带线馈电网络对所述若干辐射单元的激励幅度加权关系符合切比雪夫分布关系。该实施例采用符合切比雪夫分布关系的不等幅激励馈电网络对各辐射单元进行激励,在主瓣较高增益的前提下,有效的降低了副瓣。
具体的,在某些优选的实施例中,所述辐射单元为16个,组成4×4的方形阵列。进一步的,所述4×4的方形阵列中各阵元的激励幅度比为0.576:1:1:0.576,即四个行的幅度激励比顺序为0.576:1:1:0.576,四个列的幅度激励比顺序为0.576:1:1:0.576。
进一步的,请参照图3,在某些优选的实施例中,所述辐射单元由四个矩形微带贴片单元112和子馈电网络113组成,所述四个矩形微带贴片单元组成2×2的方形阵列。由上述矩形微带贴片单元112组成2×2元的子方阵作为基本单元,然后拓展为8×8的64单元阵。具体的,在某些优选的实施例中,请参照图3,所述2×2元子方阵的子馈电网113由一个一分四的等幅同相激励的功分器114组成,每节一分二的功分器都含有一个四分之一波长的阻抗变换器115。
具体的,在本实用新型的某些优选实施例中,所述矩形微带贴片单元为中心嵌入式馈电贴片单元。所述中心嵌入式馈电贴片单元的基本结构如图4所示,在矩形天线和馈线间开两个矩形槽,W的值由中心频点和介质板材的介电常数和厚度决定,L决定了天线的谐振频率,通过选择恰当的减少量来调整谐振频率的精确度,通过调整L1的大小,即嵌入深度来达到谐振的目的,再适当的选取W1的值来完成天线与馈线的阻抗匹配。
天线单元选用中心嵌入式馈电的矩形微带贴片天线,其具有占用空间小,谐振程度好的优点。该天线单元通过在馈线与天线间开槽来实现天线的阻抗匹配,与常用的四分之一波长阻抗变换器相比大大减小了整个天线阵列的尺寸,实现了天线阵列的小型化。优选的,整个天线阵列的尺寸可达到70mm×70mm。
天线单元采用微带贴片的实现形式,结构简单、体积小、重量轻、易于集成,且馈电网络与天线设计在一起制作,适于用印刷电路技术,可实现大规模生产,成本较低。
优选的,在本实用新型的某些优选实施例中,所述K波段微带阵列天线的工作中心频率为24.15GHz。
如图5所示,在工作频率24.15GHz处2×2元子方阵的S11(入射口的反射系数)为-35dB。
如图6所示,在工作频率24.15GHz处2×2元子方阵的E面和H面方向图的最大增益约为13.4dB。
如图7所示,在工作频率24.15GHz处8×8元阵列天线的S11(入射口的反射系数)为-25dB。
如图8所示,在工作频率24.15GHz处8×8元阵列天线的E面和H面方向图的最大增益约为22.6dB,副瓣电平约为16dB。
仿真结果表明,本实用新型的优选实施例在频率24.15GHz处,增益为22.6dB,副瓣为16dB,3dB波束宽度为±6°
本实用新型的优选实施例,对天线各阵元的幅度、相位加权关系采用切比雪夫分布进行设计,在主瓣较高增益的前提下,有效的降低了副瓣。并且本实用新型尺寸小,便于与有源器件或电路集成,可实现大批量生产,成本较低。
本实用新型尤其适用在水位雷达的收、发前端,为测水位雷达的小型化奠定了基础。同时,本实用新型还广泛应用于毫米波雷达、卫星通信、导弹制导、遥控、空间环境监测等领域。

Claims (8)

1.一种K波段微带阵列天线,其特征在于,所述阵列天线包括平面阵列辐射面,所述平面阵列辐射面包括由若干辐射单元组成的方形阵列和微带线馈电网络。
2.根据权利要求1所述的K波段微带阵列天线,其特征在于,所述微带线馈电网络对所述若干辐射单元的激励幅度加权关系符合切比雪夫分布关系。
3.根据权利要求2所述的K波段微带阵列天线,其特征在于,所述辐射单元为16个,组成4×4的方形阵列。
4.根据权利要求3所述的K波段微带阵列天线,其特征在于,所述辐射单元由四个矩形微带贴片单元和子馈电网络组成,所述四个矩形微带贴片单元组成2×2的方形阵列。
5.根据权利要求3或4所述的K波段微带阵列天线,其特征在于,所述辐射单元组成的4×4的方形阵列的四个行的幅度激励比顺序为0.576:1:1:0.576,四个列的幅度激励比顺序为0.576:1:1:0.576。
6.根据权利要求4所述的K波段微带阵列天线,其特征在于,所述子馈电网络由一个一分四的等幅同相激励的功分器组成,每节一分二的功分器含有一个四分之一波长的阻抗变换器。
7.根据权利要求4所述的K波段微带阵列天线,其特征在于,所述矩形微带贴片单元为中心嵌入式馈电贴片单元。
8.根据权利要求1-4的任意一项所述的K波段微带阵列天线,其特征在于,所述K波段微带阵列天线的工作中心频率为24.15GHz。
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