一种微带阵列天线

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明属于微带天线技术领域，具体涉及一种微带阵列天线。背景技术：2.微带天线是20世纪70年代出现的一种新型天线形式，它具有反射面天线等常规天线所没有的独特优点，如剖面薄、体积小、重量轻、造价低廉、能简便地置于仪器面板上且能与导弹、卫星等载体表面共形，易于获得圆极化，容易实现双频段多极化等，因而广泛应用于各个领域，包括飞行器、卫星、雷达、导弹、手机等通信系统中。3.微带天线可以方便地与馈电网络和有源器件集成，但是与抛物面天线等大口径天线相比，微带天线的单元增益较低。为了提高微带天线的增益，实现远距离通信传输，将微带天线单元阵列化成为了主要方法。传统的微带阵列天线工作频段与辐射模式较为单一，不能满足多功能的实际需求，因此，多频多模微带阵列天线应运而生，提高了天线的集成度，便于集成化应用，对于多频多模微带阵列天线，如何在保证高增益的要求下满足天线不同频段的阻抗匹配的要求是急需解决的问题，而目前的多频多模微带阵列天线仍旧无法满足不同频段之间的阻抗匹配要求。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种微带阵列天线，用以解决目前的多频多模微带阵列天线无法满足不同频段之间的阻抗匹配要求的问题。5.为解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案及对应的有益效果如下：6.本发明的一种微带阵列天线，包括从上到下依次设置的辐射贴片层、第一介质层、第一金属接地层、半固化片层、第二金属接地层、第二介质层和馈电网络层，还包括若干馈电探针；7.辐射贴片层上布设有n1×n2个结构形状相同的辐射贴片，以组成n1×n2天线阵列；每个辐射贴片上均设有2个矩形槽和1个u形槽，两个矩形槽在辐射贴片上以辐射贴片的中心轴呈轴对称设置，u形槽设置在所述中心轴上且靠近辐射贴片的一边，u形槽的开口朝向为朝向与所述辐射贴片的一边相对的一边；辐射贴片层上设有n1×n2个馈电连接点，且各馈电连接点位于相应u形槽的下边；8.馈电探针的个数为n1×n2个，第一介质层、第一金属接地层、半固化片层、第二金属接地层、以及第二介质层上均开设有供馈电探针穿过的n1×n2个孔洞；馈电网络层上设有激励端口、若干个功率分配器和n1×n2个馈电输出端，激励端口用于连接外部激励信号，每个馈电输出端均通过相应的馈电探针连接至辐射贴片上相应的馈电连接点。9.上述技术方案的有益效果为：本发明的微带阵列天线设置有辐射贴片层，辐射贴片层上设置有多个辐射贴片，每个辐射贴片上设有2个矩形槽，通过设置辐射贴片的长度、宽度以及矩形槽的长度等因素，使本发明的微带阵列天线可以工作于两个频段且具有不同方向的辐射方向图的特点，并配合设置馈电探针，当外部激励信号为双频信号时通过馈电探针的传输可使本发明的微带阵列天线工作于两个模式，而且，通过在每个辐射贴片上挖一个u形槽，实现了两个频段的阻抗匹配，降低了天线谐振时反射系数的数值，满足天线阻抗匹配的要求，提高了天线增益的同时，使本发明的微带阵列天线具有更强的辐射方向性，适用于单频或双频微波探测系统。10.进一步地，所述若干个功率分配器中部分功率分配器为等分功率分配器，剩余功率分配器为不等分功率分配器。11.上述技术方案的有益效果为：采用不等分馈电方式，使得所得到的方向图具有更低的旁瓣电平，使本发明的双频双模微带阵列天线的性能良好。12.进一步地，所述n1×n2天线阵列为2×8天线阵列；每个功率分配器均包括1个输入端和2个输出端，所述若干个功率分配器包括1个一级功率分配器、2个二级功率分配器、4个三级功率分配器和8个四级功率分配器；一级功率分配器的输入端连接所述激励端口，一级功率分配器的2个输出端分别连接2个二级功率分配器的输入端，每个二级功率分配器的每个输出端均连接1个三级分配器的输入端，每个三级功率分配器的每个输出端均连接1个四级功率分配器的输入端，每个四级功率分配器的每个输出端分别连接馈电网络层的2×8个馈电输出端；且一级功率分配器和三级功率分配器均为等分功率分配器，二级功率分器和四级功率分配器均为不等分功率分配器。13.上述技术方案的有益效果为：为了配合2×8天线阵列，设置了5个等分功率分配器和10个不等分功率分配器，从而实现了位于馈电网络层中部的配电输出端可输出相对较高的功率，位于馈电网络层外部的配电输出端可输出相对较低的功率。14.进一步地，辐射贴片为矩形贴片，每个辐射贴片的宽度为5.6mm，长度为6.45mm。15.上述技术方案的有益效果为：设置辐射贴片的最优宽度和最优长度，可保证本发明良好的微带阵列天线的低频工作性能。16.进一步地，所述矩形槽的长边与辐射贴片的宽边平行，所述中心轴为与矩形槽的宽边平行的中心轴；矩形槽的长度为1mm，宽度为0.3mm；所述辐射贴片的一边为辐射贴片的其中一条长边，一个矩形槽距离所述辐射贴片两条长边的距离分别为1.8mm和2.8mm，一个矩形槽距离辐射贴片两条宽边的距离分别为0.425mm和5.725mm。17.上述技术方案的有益效果为：设置矩形槽的最优宽度和最优长度，以及矩形槽的最优位置，可保证本发明良好的微带阵列天线的高频工作性能。18.进一步地，辐射贴片为矩形贴片，所述u形槽的长度为1.635mm，宽度为0.95mm；u形槽距离辐射贴片两条宽边的距离均为2.75mm，距离所述辐射贴片的一边的距离为0.365mm。19.上述技术方案的有益效果为：设置u形槽的最优长度和最优宽度，以及u形槽的最优位置，可使本发明的微带阵列天线具有良好阻抗匹配特性。20.进一步地，辐射贴片为矩形贴片，所述辐射贴片层的长度为93mm，宽度为36mm，高度为0.61mm；所述n1×n2天线阵列为2×8天线阵列，辐射贴片的宽边与辐射贴片层的长边平行；沿辐射贴片层的长边方向上，每行布设8个辐射贴片，一行的8个辐射贴片中相邻2个辐射贴片之间的距离为9.55mm；沿辐射贴片层的宽边方向上，每列布设2个辐射贴片，一列的2个辐射贴片之间的距离为11mm。21.进一步地，第一介质层、半固化片层、第二介质层的孔洞半径等于馈电探针的半径，第一金属接地层和第二金属接地层的孔洞半径大于馈电探针的半径。22.上述技术方案的有益效果为：使金属接地层的孔洞半径大于馈电探针的半径，防止馈电探针与金属接地层接触造成短路的现象发生。23.进一步地，馈电探针的半径为0.15mm，第一金属接地层和第二金属接地层的孔洞半径为0.35mm。24.上述技术方案的有益效果为：使得金属接地层的孔洞半径远大于馈电探针的半径，设置了较大的空间防止短路现象发生。25.进一步地，第一介质层和第二介质层的材料均为rogers ro4350b，半固化片层的材料为rogers ro4450f；第一介质层、半固化片层、第二介质层的厚度分别为0.254mm、0.102mm、0.254mm。26.上述技术方案的有益效果为：采用该种材料使得本发明的微带阵列天线易于加工。附图说明27.图1是本发明的双频双模微带阵列天线总体结构的俯视图；28.图2(a)是本发明的双频双模微带阵列天线总体结构的主视图；29.图2(b)是本发明的双频双模微带阵列天线的仰视图；30.图3(a)是本发明的双频双模微带阵列天线中的单个金属辐射贴片的示意图；31.图3(b)是本发明的双频双模微带阵列天线中的金属接地板的局部放大示意图；32.图3(c)是本发明的双频双模微带阵列天线中的馈电网络输出端的局部放大示意图；33.图4(a)是本发明的双频双模微带阵列天线中的等分功率分配器的局部放大示意图；34.图4(b)是本发明的双频双模微带阵列天线中的不等分功率分配器的局部放大示意图；35.图5是本发明的双频双模微带阵列天线的反射系数图；36.图6是本发明的双频双模微带阵列天线在13.5ghz时等分馈电和不等分馈电方向对比图；37.图7是本发明的双频双模微带阵列天线在13.5ghz时的辐射方向图；38.图8是本发明的双频双模微带阵列天线在24ghz垂直方向、水平方向和偏移水平方向54°时的辐射方向图。39.其中，1-辐射贴片层，2-第一介质层，3-第一金属接地层，4-半固化片层，5-第二金属接地层，6-第二介质层，7-馈电网络层，8-激励端口，9-馈电探针，10-一级功率分配器，11-二级功率分配器，12-三级功率分配器，13-四级功率分配器，14-u形槽，15-矩形槽。具体实施方式40.为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下参照附图，并阐述本发明的发明过程，以此来对本发明做进一步说明。41.在本发明实施例的描述中，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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。42.本发明的一种微带阵列天线实施例，是一种双频双模微带阵列天线，可同时工作于13.5ghz和24ghz两个频段，且可工作在tm10和tm11两种模式，在13.5ghz时为tm10模，24ghz时为tm11模。43.本实施例的双频双模微带阵列天线的俯视图和主视图分别如图1和图2(a)所示。如图2(a)所示，该双频双模微带阵列天线从上至下依次包括辐射贴片层1、第一介质层2、第一金属接地层3、半固化片层4、第二金属接地层5、第二介质层6和馈电网络层7。也即，在第一介质层2和半固化片层4之间、以及半固化片层4和第二介质层6之间各设置了一层金属接地板。其中，整个天线阵列包括介质层在内，总尺寸为97mm×36mm×0.61mm；辐射贴片层1、第一金属接地层3、第二金属接地层5和馈电网络层7均为厚度为0.5盎司的金属。44.辐射贴片层1上布设有n1×n2个结构形状相同的金属辐射贴片，本实施例中n1＝2，n2＝8，以组成2×8天线阵列。辐射贴片层上设有16个馈电连接点，用于给每个金属辐射贴片馈电。如图1所示，沿水平方向(辐射贴片层的长边方向)每行布设8个金属辐射贴片，沿垂直方向(辐射贴片层的宽边方向)每列布设2个金属辐射贴片，共16个金属辐射贴片，组成一个一分十六不等分馈电网络(具体如何不等分会在“1、馈电网络层”中进行详细介绍)。从图1中可以看出，金属辐射贴片的宽边与辐射贴片层的长边平行。具体的，每一个金属辐射贴片的局部放大示意图如图3(a)所示，图中具体内容会在“2、微带阵列”中进行详细介绍，这16个金属辐射贴片位于第一介质层2的上表面。沿水平方向上，一行的8个辐射贴片中相邻2个金属辐射贴片之间的距离为9.55mm，沿垂直方向上，一列的2个金属辐射贴片之间的距离为11mm。45.馈电网络层7位于第二介质层6的下表面，在图1中用白色虚线表示。为了满足天线的馈电需求，馈电网络层的输出端连接有馈电探针9(为用于导电的物体)，为图2(a)的黑色虚线，且其局部放大示意图如图3(c)所示，其半径为0.15mm，高度为0.61mm，经过馈电探针9对每个金属辐射贴片馈电，馈电探针9的个数与金属辐射贴片的个数相同。为了实现馈电网络层和辐射贴片层之间的连接，在第一介质层2、第一金属接地层3、半固化片层4、第二金属接地层5、以及第二介质层6上均开设有用于使馈电探针9穿过的孔洞。第一介质层2和第二介质层6的孔洞半径可以基本等于馈电探针9的孔径；而第一金属接地层3和第二金属接地层5的孔径需要大于馈电探针9的半径，半径为0.35mm，这是为了防止馈电探针和金属接地层接触而出现短路现象，从而设置这两个金属接地层的半径相对较大一些。如图3(b)的两个金属接地板的局部放大示意图所示，图中的白色的圆圈即为金属接地板上开设的孔洞。46.第一介质层2和第二介质层6的介质基板均为rogers公司生产的ro4350b(相对介电常数为3.48，损耗角正切为0.0037)材料。半固化片层4为rogers公司生产的ro4450f(相对介电常数为3.54，损耗角正切为0.0037)材料。第一介质层2、半固化片层4、第二介质层6的厚度分别为0.254mm、0.102mm、0.254mm。47.下面对本发明的双频双模微带阵列天线中的馈电网络层7和微带阵列进行进一步的详细介绍。48.1、馈电网络层。49.馈电网络层7位于第二介质层6的下表面，整个馈电网络由微带线和若干个功率分配器组成，且具有一个激励端口8和16个馈电输出端，激励端口用于连接外部激励信号，每个馈电输出端均通过相应的馈电探针9连接至金属辐射贴片上相应的馈电连接点。50.如图2(b)所示，本实施例中的若干个功率分配器包括1个一级功率分配器10、2个二级功率分配器11、4个三级功率分配器12、以及8个四级功率分配器，共15个功率分配器，每个功率分配器均具有1个输入端和2个输出端。一级功率分配器10与激励端口8相连接，一级功率分配器的2个输出端分别与2个二级功率分配器11的输入端连接，每个二级功率分配器11的每个输出端均连接1个三级功率分配器12的输入端，每个三级功率分配器12的每个输出端均连接1个四级功率分配器13的输入端，每个四级功率分配器的输出端分别连接馈电网络层的16个馈电输出端，这16个馈电输出端分别通过一个馈电探针9连接相应的金属辐射贴片的馈电连接点。51.图6给出了等分馈电和不等分馈电时天线阵列在13.5ghz时的方向图，从该图中可以看出，等分馈电相较于不等分馈电的方向图具有更高的旁瓣电平。因此，本发明的双模双频微带天线阵列选择了不等分馈电的馈电方式。具体的不等分馈电方式为：所有的一级功率分配器10和三级功率分配器12均为等分功率分配器，其局部放大示意图如图4(a)所示，所有的二级功率分配器11和四级功率分配器13均为不等分功率分配器，其局部放大示意图如图4(b)所示，输出功率相差2db。功率分配器与功率分配器之间的连接通过50ω微带线连接，且各端口阻抗为50ω。而且，越靠近整个馈电网络层中部的馈电输出端输出的功率应越大，对应于图4(b)中，输出功率较大的输出端的线条更粗。52.2、微带阵列。53.参见图1结构图，微带阵列是由16个金属辐射贴片构成。如图3(a)所示，金属辐射贴片是一块长度为6.45mm、宽度为5.6mm的矩形贴片。每个金属辐射贴片上均设有2个矩形槽15和1个u形槽14。低频段工作频率主要由金属辐射贴片的长度设定，高频段工作频率主要由金属辐射贴片上矩形槽长度和金属辐射贴片宽度设定，本发明的微带阵列天线使微带阵列天线可以应用于13.5ghz和24ghz的单频或双频微波探测系统。54.2个矩形槽15在金属辐射贴片上以金属辐射贴片的中心轴呈对称设置，该中心轴为与金属辐射贴片的宽边平行的中心轴，在图1中展示为2个矩形槽15沿金属辐射贴片上下对称设置。本实施例中，矩形槽15的长度为1mm，宽度为0.3mm。对于图1中上边的矩形槽，该矩形槽距离金属辐射贴片左边的长边的距离为1.8mm，距离金属辐射贴边上边的宽边的距离为0.425mm，距离金属辐射贴边右边的长边的距离为2.8mm，距离金属辐射贴边下边的宽边的距离为5.725mm。对于图1中下边的矩形槽，根据与上边的矩形槽的对称性可知其具体位置。55.u形槽14设置在上个段落中介绍的中心轴上，整体靠近金属辐射贴片右侧设置，开口朝向图1中的左侧。其总长度为1.635mm，宽度为0.95mm。u形槽14距离金属辐射贴边两个宽边的距离均为2.75mm，距离金属辐射贴边右边的长边的距离为0.365mm。当然，作为其他实施方式，还可将u型槽整体靠近金属辐射贴片左侧设置，此时开口需朝向图1中的右侧。56.在金属辐射贴片上设有16个馈电连接点，各馈电连接点位于相应u形槽14的下边。57.具体的，贴片馈电点处的u形槽的作用是调整微带阵列天线在13.5ghz和24gh的输入阻抗，降低本发明的微带阵列天线的反射系数值。在本发明实现过程中，若u形槽的槽底去掉，即只保留两个平行的开口槽，低频谐振频率会偏移目标谐振点0.15ghz，反射系数最小值相较于未去掉槽底时升高了3.5db左右；高频谐振频率偏离目标谐振点0.05ghz，反射系数最小值相较于未去掉槽底时升高了5db左右。若将u形槽全去掉，影响最大的是整个天线反射系数的值，天线阵元在低频谐振点的反射系数升至-4.69db，在高频谐振点的反射系数升至-8.71db。因此，本发明使用u形槽提高天线在两个工作频带的阻抗匹配特性。58.另外，为了保证本微带阵列天线实现双频双模的特点，并且具有较低的反射系数，金属辐射贴片两端对称矩形槽的长度对天线的影响，当金属辐射贴片两边对称矩形槽的长度改变时，对13.5ghz的工作频率不会产生明显影响，但对微带阵列天线的第二个谐振频率会产生较大影响，即随着长度由0.5mm增加到2.5mm，第二个谐振频率将由24.15ghz降低到了21.30ghz，为保证天线的性能良好和小型化，本发明的双频双模微带阵列天线使用1mm来作为对称矩形槽的长度。59.如图5所示为本发明的微带阵列天线的反射系数曲线图，从图中可以看出，在谐振频点13.5ghz处，本发明的微带阵列天线的s11曲线有最小值约为-29.42db，其-10db带宽为0.19ghz；在谐振频点24ghz处，本发明的微带阵列天线的s11曲线有最小值约为-21.88db，其-10db带宽为0.5ghz。60.参见图7和图8，本发明的双频双模微带阵列天线在13.5ghz和24ghz具有不同的辐射方向图。图7给出了天线阵列在13.5ghz时水平方向和垂直方向的辐射方向图，从图中可以看出，本发明提供的微带天线阵列在13.5ghz的增益最大值为17.1dbi，且在13.5ghz时，天线阵列的垂直方向波瓣宽度约为36°，水平方向波瓣宽度约为12°。图8为本发明的双频双模微带阵列天线在24ghz时水平方向、垂直方向以及偏移水平方向54°得到的增益方向图，从图中可以看出，本发明提供的双频双模微带阵列天线在24ghz处的方向图为双波束，增益最大值为16.74dbi，两个波束的水平波瓣宽度为8°，具有较强的方向性，且向偏移水平方向±54°的两个方向均有较强的辐射特性，其半功率波瓣宽度约为36°和35°。本发明的双频双模微带阵列天线具有的低频单波束高频双波束的性质可使本天线具有较高的增益和较大的辐射覆盖范围。61.综上，本发明的双频双模微带天线阵列具有如下特点：62.1)通过将金属辐射贴片单元阵列化的方式获得了整体较高的增益，不仅可以应用于车载雷达的前向防撞雷达，还可以兼容性的作为汽车的两侧探测雷达使用，具有良好的应用前景。63.2)在每个金属辐射贴片上挖出两个上下对称的矩形槽，使得本发明的微带阵列天线可以同时工作于13.5ghz和24ghz两个频段且在两个频段具有不同的辐射方向图。且本发明的双频双模微带阵列天线可在13.5ghz和24ghz两个频段分别工作在tm10和tm11模式。在13.5ghz频段的方向图为单波束，水平波瓣宽度为12°，垂直波瓣宽度为36°，在24ghz时的方向图为左右分裂的双波束，每个波束的水平波瓣宽度减小为8°，垂直波瓣宽度分别为36°和35°。此双频双模特性使得本发明的微带阵列天线具有垂直辐射覆盖面高、水平高辐射方向性高、水平辐射覆盖面高的特点。64.3)设置于每个金属辐射贴片的u形槽实现了两个频段的阻抗匹配，可以降低天线谐振时反射系数，满足天线阻抗匹配的要求。65.4)本发明的双频双模微带阵列天线采用rogers ro4350b高频材料作为两层介质层，采用rogers ro4450f作为中间的粘接层(半固化片层)，使该双频双模微带阵列天线易于加工。66.5)馈电网络层位于第二介质层的下表面，外部激励按照预设的比例分配给各个金属辐射贴片，实现功率不等分馈电。相较于等分馈电，不等分馈电方式所得到的方向图具有更低的旁瓣电平，使本发明的双频双模微带阵列天线的性能良好。67.6)本发明的双频双模微带天线阵列具有结构简单、低剖面、双频双模工作、低旁瓣、高增益、覆盖垂直角度大等优点，具有良好的应用前景。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!