CN106785409A - 一种宽频带宽波束微带贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双层微带贴片天线。技术方案是：包括金属腔体，第一层辐射单元、第二层辐射单元及带状线功分馈电部分。金属腔体为无盖长方体结构，第一层辐射单元、第二层辐射单元及带状线功分馈电部分自上而下依次固定于金属腔体内部，并分别与金属腔体底面平行；第一层辐射单元采用单面覆铜的介质板，相当于微带贴片天线的上层导体贴片；第二层辐射单元采用双面覆铜的介质板，相当于微带贴片天线的下层导体贴片，介质板上开有两个通孔，两个探针分别穿过两个通孔；带状线功分馈电部分是带状线结构的功分器，固定在金属腔体的底面上。本发明具有频带宽、波束宽、圆极化的特点，可应用于对星通信***中。

Description

一种宽频带宽波束微带贴片天线

技术领域

本发明涉及一种应用于卫星通信技术领域的天线，更具体的说是一种具有双层结构的微带贴片天线。

背景技术

自1953年德尚(G.A.Deschamps)教授提出微带天线的概念至今已有60多年的发展历史。从芒森(R.E.Munson)和豪威尔(J.Q.Howell)等人于1972年研制出第一批实用的微带天线，微带天线的形式、功能在这几十年中不断地扩展和延伸。目前，微带天线已广泛应用于大约100MHz～100GHz的宽广频域上的各种无线电设备中，包括军事和民用领域，如各种雷达、通信、遥测和遥感等设备。

微带贴片天线是最基本和最常用的微带天线，它通常是在介质板的两个表面分别贴加导体薄片形成。介质板的一面作为导体贴片，另一面作为接地板。微带贴片天线利用微带线或同轴线一类馈线馈电。导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过导体贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。

微带贴片天线的独特优势主要体现在以下方面：

(1)剖面低、体积小、重量轻，易与安装表面共形；

(2)易与馈电网络集成，实现整个***的小型化；

(3)可以实现多种极化方式，包括单一线极化、双线极化和圆极化；

(4)可以实现宽带、双频或多频工作；

(5)在微波基板上采用蚀刻工艺制作，可以利用成熟的印刷电路技术批量生产，加工简便，成本低廉。

近些年，微带贴片天线依旧是天线领域的研究热点，而宽频带、宽波束、以及阵列等研究依旧受到业界广泛关注。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽频带宽波束微带贴片天线，这种微带贴片天线实现频带宽、波束宽、圆极化的特点，可应用于对星通信***中。

本发明的技术方案是：一种双层微带贴片天线，包括金属腔体1，第一层辐射单元2、第二层辐射单元3及带状线功分馈电部分4。其特征在于，金属腔体1为无盖长方体结构，第一层辐射单元2、第二层辐射单元3及带状线功分馈电部分4自上而下依次固定于金属腔体1内部，并分别与金属腔体1底面平行；第一层辐射单元2采用单面覆铜的介质板21，覆铜面22位于介质板下表面，相当于微带贴片天线的上层导体贴片；第二层辐射单元3采用双面覆铜的介质板31，介质板上表面的覆铜面32相当于微带贴片天线的下层导体贴片，介质板下表面的覆铜面33为接地板，介质板上开有两个通孔，两个探针34分别穿过两个通孔，一端与第二层辐射单元3的上表面的覆铜面32连接，另一端与带状线功分馈电部分4的馈电网络42连接；带状线功分馈电部分4是带状线结构的功分器，固定在金属腔体1的底面上，带状线功分馈电部分4的同轴馈电接头45的一端连接带状线功分馈电部分4的馈电网络42，另一端通过金属腔体1的底面通孔连接外接的馈电线。

特别是，第一层辐射单元2和第二层辐射单元3的距离根据双层微带贴片天线的性能指标确定，一般在0.05至0.1个双层微带贴片天线中心频率对应的自由空间波长。

本发明的有益效果为：

本发明提供的天线所有部件均在金属腔体内，所以结构紧凑。第一层辐射单元、第二层辐射单元及带状线功分馈电部分都牢固地固定在金属腔体内，因此机械性能良好；通过振动试验也证明了本发明不易变形、牢固稳定的机械性能。由于采用双层辐射结构，即包括第一层辐射单元、第二层辐射单元，因此具有较宽的阻抗频带特性，相对带宽可达到30％；采用金属腔体把辐射单元包围起来减小了天线等效辐射口径，拓宽了辐射波束，使得主圆极化波0dBi增益的波束宽度可达到140°；另一方面金属腔体屏蔽周边环境影响，抑制背向辐射，提高了天线效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构外观图；

图2是本发明的沿图1中对称线A-A’的剖面结构示意图；

图3是本发明中提及的金属腔体，即图1中金属腔体1的透视结构示意图，；

图4是本发明中提及的两层辐射单元2、3的单独结构示意图；

图5为本发明中提及的带状线功分馈电部分4单独结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供的微带天线包括金属腔体1，两层辐射单元即：第一层辐射单元2和第二层辐射单元3，带状线功分馈电部分4。

图1为本发明的整体结构外观图。从图中可以看到，金属腔体1是无上盖的长方体。本图的实施例采用一个四周切角的长方体，因为切角后天线整体的体积减小，并且可以避免四周碰触。是否切角可以根据实际应用情况而定，切角后天线的性能不受影响。

图2为本发明的沿图1所示的对称线A-A’的剖面结构示意图。对称线A-A’通过长方体质心所在平面。如图所示，该天线包括金属腔体1，第一层辐射单元2和第二层辐射单元3，带状线功分馈电部分4。

本实施例中的金属腔体1包括无上盖的长方体空腔11、固定件12、13及底面孔14，如图3所示。长方体空腔11可采用铝合金等金属材料制作，固定件12、13可采用金属或其他轻型材料，通过螺钉固定于空腔11内壁，该实施例中固定件12、13位于长方体空腔11的四个切角内侧；空腔11底面开通孔14，使得同轴馈电接头45可穿过通孔14与外接的馈电线连接。

第一层辐射单元2的介质板边缘以及第二层辐射单元3介质板的边缘分别与金属腔体1的内壁贴合。第一层辐射单元2为单面覆铜结构，包括介质板21和下表面的覆铜面22，如图4-(a)所示的结构示意图，图中覆铜面22作为天线的上层贴片，其形状为圆形，可以根据实际情况采用不同的形状。

第二层辐射单元3为双面覆铜结构，包括介质板31、上表面的覆铜面32和下表面的覆铜面33，其中介质板31开有两个通孔使得探针34能够连接天线下层贴片32与馈电网络42，如图4-(b)所示。图中所示的上表面的覆铜面32作为天线下层贴片，其形状为圆形，可以根据实际情况采用不同的形状。下表面的覆铜面33作为接地板，其形状与介质板31表面相同，此处是本领域的公知常识。

带状线功分器馈电部分4，包括两层介质板41、43，覆铜面44，馈电网络42及同轴馈电接头45，如图5所示。两层介质板41、43相互重叠压合在一起，介质板41、43的边缘与金属腔体1的内壁贴合，上层介质板41开有两个通孔，探针34分别穿过两个通孔，探针34的一端与第二层辐射单元3的上表面的覆铜面32连接，另一端与馈电网络42连接。馈电网络42通过覆铜形成，夹在两层介质板41、43中间，馈电网络42可采用威尔金森功分器或3dB电桥结构，本实施例中采用威尔金森功分器结构。下层介质板43的下表面44全覆铜，作为接地板。如图2中所示，同轴馈电接头45的一端连接馈电网络42，另一端通过金属腔体1的底面通孔连接外接的馈电线。

在本实施例中，金属腔体1采用四个切角结构，采用在四个切角放置固定件固定第一层辐射单元2和第二层辐射单元3，带状线功分馈电部分4。如果不采用切角结构或者不适用固定件，也可使用其他方式固定天线的组成部分，如采用L型角件的方式将第一层辐射单元2、第二层辐射单元3和带状线功分馈电部分4分别固定在金属腔体1内。

本实施例中，固定的每组固定件12、13之间存在间隙，如图3所示，该间隙宽度为第一层辐射单元2的介质板厚度，第一层辐射单元2的四角恰好夹在固定件12、13之间的间隙中，由于固定件12、13有一定厚度，因此使得第一层辐射单元2的四周被牢牢固定。固定件13与金属腔体1的底面之间隔开一定高度间隙，如图3所示，该间隙宽度为第二层辐射单元3及带状线功分馈电部分4的总厚度，第二层辐射单元3与带状线功分馈电部分4上下叠放紧密贴合，放置于金属腔体1底部，四角恰好夹在固定件13与金属腔体1底面之间的间隙中，通过固定件13与金属腔体1底面卡住固定。

通过改变第一层辐射单元2的介质板尺寸和介电常数，第二层辐射单元3的介质板尺寸和介电常数，以及上层导体贴片和下层导体贴片大小等参数，可设计出具有相似性能，用于不同频段的宽带宽波束天线。

Claims (2)

1.一种双层微带贴片天线，包括金属腔体(1)，第一层辐射单元(2)、第二层辐射单元(3)及带状线功分馈电部分(4)，其特征在于，金属腔体(1)为无盖长方体结构，第一层辐射单元(2)、第二层辐射单元(3)及带状线功分馈电部分(4)自上而下依次固定于金属腔体(1)内部，并分别与金属腔体(1)底面平行；第一层辐射单元(2)是单面覆铜的介质板，覆铜面(22)位于介质板下表面；第二层辐射单元(3)是双面覆铜的介质板，介质板下表面的覆铜面(33)为接地板，介质板上开有两个通孔，两个探针(34)分别穿过两个通孔，探针(34)一端与第二层辐射单元(3)的上表面的覆铜面(32)连接，另一端与带状线功分馈电部分(4)的馈电网络(42)连接；带状线功分馈电部分(4)是带状线结构的功分器，固定在金属腔体(1)的底面上，带状线功分馈电部分(4)的同轴馈电接头(45)的一端连接带状线功分馈电部分(4)的馈电网络(42)，另一端通过金属腔体(1)的底面通孔连接外接的馈电线。

2.根据权利要求1所述的一种双层微带贴片天线，其特征在于，第一层辐射单元(2)和第二层辐射单元(3)的距离在0.05至0.1个双层微带贴片天线中心频率对应的自由空间波长。