CN106505309A - 一种缝隙加载微带边馈阵列天线 - Google Patents

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姚凤薇
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
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Abstract

本发明提供了一种缝隙加载微带边馈阵列天线，其特征在于：采用开缝隙矩形贴片作为辐射单元，开缝隙矩形贴片的左右两端均设有对天线进行容性匹配的自加载结构；每条线阵采用边缘馈电、中心短路的结构，微带天线阵副瓣通过微带四分之一波长阻抗变换段实现。本发明提出了一种中心短路、边缘馈电的新型边馈形式，相当于电磁波遇到短路结构能量再返回到每个辐射单元上，并利用四分之一短路块实现阵列的锥削分布。不但具有较低的副瓣，而且容易加工。结构小巧，便于与其他天线阵列复合，可以满足在空间上与其它天线阵列复合、兼容的需求，具有很强的实用性及应用前景。

Description

一种缝隙加载微带边馈阵列天线
技术领域
本发明涉及一种缝隙加载微带边馈阵列天线，属于双波段通信、雷达、遥感技术领域。
背景技术
现代电子战设备正向多功能一体化、小型集成化、模块化、智能化的方向不断迈进。传统的单脉冲***多采用波导结构，天线体积和重量较大，且实现两副波导天线复合无论从设计还是加工都难度很大。因此研究小型化、易复合、结构巧妙的低副瓣单脉冲天线已日益重要。考虑到微带天线的质量轻、易与集成电路实现一体化设计、成本低等特点，微带天线逐渐走入研究人员的视野，逐渐成为单脉冲天线大家庭中的一员。
要得到低副瓣电平的天线，常见的设计是梳状线微带天线阵，但是由于其辐射主要来自梳齿的末端，因此难于控制，不易实现低旁瓣电平。文献[1](S.G.Kim and K.Chang，“Low-cost monopulse antenna using bi-directionally-fed microstrip patcharray”，Electronics Letters，Vol.39，no.20，pp.1428-1429，2003.)中2003年S.G.Kim及K.Chang设计出了一个一维的低损耗双向辐射单脉冲微带天线阵，获得大于-10dB的旁瓣电平。在频率较高的毫米波波段，文献[2](Fang Dagang，Chen xiaoguang，“A novel compactmicrostrip monopulse Antenna Array”，Journal of Nanjing University of Scienceand Technology，Vol.27，no.5，pp.474-477，2003)给出了一种共面单脉冲微带天线设计，但其副瓣并不理想。在ku波段，文献[3](Hao Wang，Da-Gang Fang，“Investigation on theperformance of a compact microstrip monopulse antenna array”，20036thInternational Symposium on Antennas，Propagation and EM Theory Proceedings，pp100-103)国内方大纲教授设计出了16×16元的矩形贴片单脉冲均匀分布平面阵，最大增益为24.5dB，副瓣＜-17dB。此外16元单脉冲矩形贴片线阵的设计中，为了获得较低的旁瓣，每个单元都与衰减器和相位调节器相连。
上述文献中的微带阵列设计都是采用中心馈电结构，但在(主被动)双频复合天线或多频复合天线等需要两副或多副馈电结构时，采用中心馈电会使中心结构拥挤，甚至无法实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构巧妙的小型化、低副瓣微带边馈天线阵列，不但具有较低的副瓣，而且容易加工，由于具有小型化特性便于与其他天线阵列复合。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种缝隙加载微带边馈阵列天线，其特征在于：采用开缝隙矩形贴片作为辐射单元，开缝隙矩形贴片的左右两端均设有对天线进行容性匹配的自加载结构；每条线阵采用边缘馈电、中心短路的结构，微带天线阵副瓣通过微带四分之一波长阻抗变换段实现。
优选地，通过对矩形贴片开槽，使表面电流发生弯曲，增加谐振长度，缩短天线尺寸。
优选地，所述矩形贴片夫人宽度w的大小为：(0.2±0.05)λl≤w≤(0.5±0.05)λl，λl为最低工作频率的波长。
优选地，所述加载缝隙的长度ls为：ls＝(0.8±0.05)w。
优选地，阵列电流分布为道尔夫-切比雪夫分布，利用各天线单元间馈线形成四分之一波长阻抗变换段来控制阵列电流分布，每条线阵中心点为短路点。
本发明提出了一种中心短路、边缘馈电的新型边馈形式，相当于电磁波遇到短路结构能量再返回到每个辐射单元上，并利用四分之一短路块实现阵列的锥削分布。不但具有较低的副瓣，而且容易加工。结构小巧，便于与其他天线阵列复合，可以满足在空间上与其它天线阵列复合、兼容的需求，具有很强的实用性及应用前景。
附图说明
图1为本实施例提供的缝隙加载微带边馈阵列天线单元模型示意图；
图2为本实施例提供的缝隙加载微带边馈阵列天线阵列模型示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实施例提供的缝隙加载微带边馈阵列天线采用开缝隙矩形贴片作为辐射单元，开缝隙矩形贴片的左右两端均设有对天线进行容性匹配的自加载结构，每条线阵采用边缘馈电、中心短路的结构，微带天线阵副瓣通过微带四分之一波长阻抗变换段实现。
I、辐射单元参数确定
本发明天线的辐射主要由开缝隙的矩形贴片单元来实现。首先选择矩形贴片单元的长度和宽度，根据计算，当工作于TM01(主模)时，其垂直极化天线尺寸宽度不小于w＝(0.5±0.05)λl。
采取天线单元如图1所示，通过对微带贴片开槽，使表面电流发生弯曲，从而达到增加谐振长度，缩短天线尺寸的作用。
适应小型化设计，矩形贴片宽度w可以选在(0.2±0.05)λl≤w≤(0.5±0.05)λl范围内，λl为最低工作频率的波长。加载缝隙的长度ls和宽度ws，ls的变化对天线低频端影响较大，增大ls可以适当降低天线的工作频率，一般取ls＝(0.8±0.05)w。ws主要决定缝隙阻抗的大小，从而影响与馈源的匹配程度，从另一方面来说，ws还会影响交叉极化的大小。
为了减小对其他复合天线的影响，将天线厚度尽量缩小。由于厚度变小，天线感性增加，需对天线进行容性匹配，因此在天线左右两端添加自加载结构，天线纵向尺寸不变，但介质板厚度变薄。自加载结构尺寸的选择主要确定于天线本身的电抗值，这个可以根据Smith图形计算而得。
II、边馈微带阵列参数确定
为了获得低旁瓣而又有较高的增益，需将阵列电流分布设计为道尔夫-切比雪夫分布，如图2所示利用各天线单元间馈线形成四分之一波长阻抗变换段来控制阵列电流分布，中心A点为短路点。改变了传统的中心馈电模式，采用边缘馈电、中心短路的结构，空间上可以满足与其它天线阵列复合、兼容的需求。
每条线阵采用边馈结构，设计基本要点是：对于天线阵列，先由增益和旁瓣电平要求选定元数M、N及电流分布，然后进行锥削馈电网络设计。由于在每条微带阵列中心短路，因此需在边缘馈电处添加匹配段，保证线阵上每个辐射单元的辐射效率。

Claims (5)

1.一种缝隙加载微带边馈阵列天线，其特征在于：采用开缝隙矩形贴片作为辐射单元，开缝隙矩形贴片的左右两端均设有对天线进行容性匹配的自加载结构；每条线阵采用边缘馈电、中心短路的结构，微带天线阵副瓣通过微带四分之一波长阻抗变换段实现。
2.如权利要求1所述的一种缝隙加载微带边馈阵列天线，其特征在于：通过对矩形贴片开槽，使表面电流发生弯曲，增加谐振长度，缩短天线尺寸。
3.如权利要求1所述的一种缝隙加载微带边馈阵列天线，其特征在于：所述矩形贴片夫人宽度w的大小为：(0.2±0.05)λl≤w≤(0.5±0.05)λl，λl为最低工作频率的波长。
4.如权利要求3所述的一种缝隙加载微带边馈阵列天线，其特征在于：加载缝隙的长度ls为：ls＝(0.8±0.05)w。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种缝隙加载微带边馈阵列天线，其特征在于：阵列电流分布为道尔夫-切比雪夫分布，利用各天线单元间馈线形成四分之一波长阻抗变换段来控制阵列电流分布，每条线阵中心点为短路点。
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