CN212303901U - 一种低轮廓微带天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低轮廓微带天线，属于天线技术领域。该天线包括微带贴片层、耦合缝隙层和背腔层，其中微带贴片层、耦合缝隙层采用多层印制板加工工艺，实现层与层之间紧密贴合结构一体化设计，背腔层在天线辐射体的正下方，可完成信号的谐振反射，展宽阻抗带宽作用。本实用新型具有圆极化辐射功能，可满足数字多波束天线对辐射单元的苛刻的技术要求；并且结构紧凑，简单，电尺寸小。

Description

一种低轮廓微带天线

技术领域

本实用新型涉及到天线技术领域，特别涉及一种低轮廓微带天线。

背景技术

目前，在卫星通信领域通信的频谱越来越宽，对射频终端的要求也越来越高，这就需要天线的工作带宽也必须逐渐拓宽。卫星通信、导航通信系统往往需要设备具有收、发信号的功能；且由于收发信号的频段不同，所以对天线提出的要求就是，能够多频、宽带地工作。随着相控阵天线技术的快速发展，其独有的技术优势使其越来越受到广大工程技术人员的重视，天线辐射单元作为相控阵天线的关键技术部件之一，其性能的优良程度直接影响卫星通信的质量。

现阶段圆极化微带天线主要有以下几种形式：

1、对角线切角圆极化微带天线：该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2％。

2、集成电桥的圆极化微带天线，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽通常其小于3dB轴比带宽大于15％，小于2的驻波带宽大于20％，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化设计。

3、缝隙耦合圆极化微带天线，该形式的圆极化微带天线与传统的圆极化微带天线比较，具有阻抗、轴比带宽宽的特点，但由于缝隙结构的不对称性，往往需要加载隔离电阻实现较宽的轴比带宽，这样产生了两个问题：一方面，隔离电阻需要人工焊接，当阵列规模较大时，需要巨大的工作量，又很难保证单元焊接的一致性；另一方面，隔离电阻会产生一定的差损，导致辐射增益不同程度的下降。

以上几种圆极化微带天线各有优缺点，虽个别指标特性较优，它们的共性缺陷是无法满足小型化宽频段工作的技术要求，尤其无法满足宽带、多频工作的相控阵天线单元。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型供了一种低轮廓微带天线。其具有小型化、带宽宽、结构紧凑、能实现双频圆极化辐射特点。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种低轮廓微带天线，包括从上到下依次设置的微带贴片层、耦合缝隙层以及背腔层，所述微带贴片层包括第一方形介质板，在第一方形介质板的上表面设有两个辐射贴片，两个辐射贴片关于第一方形介质板的几何中心对称；每个辐射贴片均包括连接在一起的半椭圆辐射片和矩形枝节，所述半椭圆辐射片的直边为其长轴，且所述矩形枝节的长边和长轴位于同一直线上；在半椭圆辐射片的长轴边沿设有等间距的金属过孔；

所述耦合缝隙层包括第二方形介质板，在第二方形介质板的上表面设有金属地，所述金属过孔导通辐射体片和金属地；在金属地上设有金属缝隙，所述金属缝隙位于两个半椭圆辐射片之间的正下方，且金属缝隙的长边与半椭圆辐射片的长轴平行；在第二方形介质板的下表面设有微带馈线，微带馈线位于金属缝隙的正下方，并与之正交；

所述微带馈线其中一端设有用于与外部设备连接的连接点，另一端为开路线；

所述背腔层为一具有开口矩形腔的金属铝块，开口矩形腔的长边和金属缝隙的长边平行。

本实用新型采取上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本实用新型具有结构紧凑，简单，电尺寸小的特点。

2、本实用新型通过微带贴片的异形构造，实现了天线表面电流的涡流设计，使其具有了圆极化辐射功能；通过加载过孔阵列电磁结构，在不增加天线厚度的前提下，提高了贴片天线的阻抗带宽，满足数字多波束天线对辐射单元的技术要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是图1中第一方形介质板的上表面结构示意图。

图3是图1中第二方形介质板的上表面结构示意图。

图4是图1中第二方形介质板的下表面结构示意图。

图5是图1中的背腔层的结构示意图。

图中：1、微带贴片层，2、耦合缝隙层，3、背腔层，4、辐射贴片，5、金属过孔，6、半椭圆辐射片，7、矩形枝节，8、金属地，9、金属缝隙，10、微带馈线。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

一种低轮廓微带天线，包括从上到下依次设置的微带贴片层、耦合缝隙层以及背腔层，所述微带贴片层包括第一方形介质板，在第一方形介质板的上表面设有两个辐射贴片，两个辐射贴片关于第一方形介质板的几何中心对称；每个辐射贴片均包括连接在一起的半椭圆辐射片和矩形枝节，所述半椭圆辐射片的直边为其长轴，且所述矩形枝节的长边和长轴位于同一直线上；在半椭圆辐射片的长轴边沿设有等间距的金属过孔；

所述耦合缝隙层包括第二方形介质板，在第二方形介质板的上表面设有金属地，所述金属过孔导通辐射体片和金属地；在金属地上设有金属缝隙，所述金属缝隙位于两个半椭圆辐射片之间的正下方，且金属缝隙的长边与半椭圆辐射片的长轴平行；在第二方形介质板的下表面设有微带馈线，微带馈线位于金属缝隙的正下方，并与之正交；

所述微带馈线其中一端设有用于与外部设备连接的连接点，另一端为开路线；

所述背腔层为一具有开口矩形腔的金属铝块，开口矩形腔的长边和金属缝隙的长边平行。

下面为一个更具体的实施例：

如图1～4所示，本实施例包括微带贴片层1、耦合缝隙层2以及背腔层3，其中微带贴片层1、耦合缝隙层2采用多层印制板加工工艺，实现层与层之间紧密贴合结构一体化设计，背腔层3在天线辐射体的正下方，可完成信号的谐振反射，展宽阻抗带宽作用。

所述的微带贴片层1位于天线体的最上层，起主体为第一方形介质板，其采用Taconic公司RF35板材，介电常数为3.5，厚度2.5mm；第一方形介质板上的表面设置两个有辐射贴片，两辐射贴片关于第一方形介质板上表面的几何中心点180°旋转对称。

进一步地，每个辐射贴片均由两部分组成，一部分为半椭圆辐射片，其为整个椭圆辐射片沿着长轴方向进行平均分割，其中的一半构成了半椭圆辐射片。

进一步地，半椭圆辐射片沿着长轴的长度为0.35λ₀，其中λ₀天线工作中心频率对应的波长；短轴为0.29λ₀，两个半椭圆辐射片之间的间隔d＝0.05λ₀。

半椭圆辐射片在其长轴方向的一侧端点设置有矩形枝节7，矩形枝节7向半椭圆辐射片6区域之外延伸；外伸长度为c＝0.07λ₀，宽度e＝0.02λ₀。

沿着半椭圆辐射片6的长轴边缘设置有过孔阵列8，过孔之间等间距设置，过孔直径为1mm，阵列长度接近半椭圆辐射片直线段部分；过孔阵列导通辐射贴片和耦合缝隙层上表面金属地。

耦合缝隙层2设置在微带贴片层1的正下方，同样采用Taconic公司RF35板材，介电常数为3.5，厚度1mm，上表面设置有金属敷铜，构成金属地，其上设置有金属缝隙9；

进一步地，金属缝隙9为矩形构造，其延伸方向与沿着半椭圆辐射片的长轴在其表面的投影延伸方向一致，金属缝隙9在耦合缝隙层2上表面的几何中心线上，缝隙长度为S₁＝0.27λ₀。

进一步地，耦合缝隙层2的下表面设置有微带馈线10，微带馈线10的延伸方向与金属缝隙9在下表面投影的延伸方向正交。

进一步地，微带馈线10的一端最为馈线与外部设备连接，设置在金属缝隙9正交方向的另一端为开路线结构，延伸经过金属缝隙9在耦合缝隙层2的下表面投影区域，微带馈线10的线宽为2.2mm。

背腔层3位于耦合缝隙层2的正下方，为金属铝块结构，位于金属缝隙9的正下方设置有矩形腔体，其延伸方向与金属缝隙9一致；其作为天线的整体支撑结构，使天线产生定向辐射。

进一步地，矩形腔体长C₁＝0.32λ₀,宽C₂＝0.015λ₀，高C₃＝0.025λ₀。

本低轮廓微带天线装置主要其包括两层微波介质板和背腔层3两部分结构，微波介质层采用多层板加工工艺，介质内部内部为多层介质、金属化过孔，结构紧凑、轮廓低满足数字通信系统对天线部件的结构、电气的技术要求，其技术优势明显。

该低轮廓微带天线工作原理如下：当发射信号进入到射频接插件，进入到微带馈线10，微带馈线10在金属缝隙9上激励其谐振电流，该谐振电流经由矩形腔体11反射产生二次谐振电流，两谐振电流叠加，在两个射辐射贴片的两排过孔之间产生电压差，并在辐射贴片构成的半波振子上形成波腹电流，矩形枝节上的电流与之极化正交的微绕电流，二者共同在远场实现叠加，实现天线圆极化电磁波。

Claims (1)

1.一种低轮廓微带天线，包括从上到下依次设置的微带贴片层(1)、耦合缝隙层(2)以及背腔层(3)，其特征在于，所述微带贴片层包括第一方形介质板，在第一方形介质板的上表面设有两个辐射贴片(4)，两个辐射贴片关于第一方形介质板的几何中心对称；每个辐射贴片均包括连接在一起的半椭圆辐射片(6)和矩形枝节(7)，所述半椭圆辐射片的直边为其长轴，且所述矩形枝节的长边和长轴位于同一直线上；在半椭圆辐射片(6)的长轴边缘位置设有等间距的金属过孔(5)；

所述耦合缝隙层包括第二方形介质板，在第二方形介质板的上表面设有金属地，所述金属过孔导通辐射贴片和金属地(8)；在金属地上设有金属缝隙，所述金属缝隙位于两个半椭圆辐射片之间的正下方，且金属缝隙(9)的长边与半椭圆辐射片的长轴平行；在第二方形介质板的下表面设有微带馈线(10)，微带馈线位于金属缝隙的正下方，并与之正交；

所述微带馈线其中一端设有用于与外部设备连接的连接点，另一端为开路线；

所述背腔层为一具有开口矩形腔的金属铝块，开口矩形腔的长边和金属缝隙的长边平行。

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