CN107634332A - 一种降低耦合的二元微带阵列天线 - Google Patents

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李倩
魏彦玉
丁冲
吴钢雄
雷霞
江雪冰
黄民智
徐进
路志刚
王战亮
宫玉彬
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Abstract

本发明公开了一种降低耦合的二元微带阵列天线，包括介质基板、慢波结构和馈电同轴；馈电同轴外接信号源，通过馈电同轴中的内导体将信号传输到介质基板上的两个矩形辐射单元，两个矩形辐射单元向周围空间辐射，再通过慢波结构延长两个矩形辐射单元之间的电磁波的传播路径，使辐射增加，从而降低二元微带阵列天线之间的耦合；与现有技术相比，本发明具有结构更加简单，去耦合效果更好，而且可以实现在较宽的频带范围内实现降低耦合的效果。

Description

一种降低耦合的二元微带阵列天线
技术领域
本发明属于微带天线技术领域，更为具体地讲，涉及一种降低耦合的二元微带阵列天线。
背景技术
天线作为接收和辐射定向电磁波的一种必需的能量转化器件，在现代通信中的应用越来越广泛。然而，单个天线通常无法满足高增益、低副瓣、高功率等技术要求，这就需要在实际应用中，引入阵列天线来实现这些特性。因此，在高数据率和高***容量的需求的带动下，天线阵列开始广泛应用于各种通信***中。然而，随着天线分集、超宽带阵列、相控阵、智能天线、MIMO(Multiple Input multiple Output)***、GPS(Global PositionSystem)等多天线应用的提出，天线单元之间的强烈的耦合，也因而成为多天线***应用的一个瓶颈。
比如对于相控阵天线，互耦会导致阵元在阵列中的输入阻抗和激励阻抗不同，影响单元效率，使得增益下降，阵列失配，极化特性变坏，严重影响相控阵天线的辐射性能。同时对于多波束控制，DOA(Direction Of Arrival)估计等智能天线方面的应用，互耦的存在也会造成***的偏差，影响***的性能。因此，对于互耦的考虑以及去除方法已经在天线阵列的设计中起到至关重要的作用。
由于具有剖面薄、体积小、重量轻、造价低廉、便于集成等优点,微带天线及其阵列已经被广泛应用于各种无线通信及雷达***中。但是,当微带天线及其阵列工作时,会在基底中激励起表面波,这使得阵列单元间的互耦增大,天线及其阵列增益降低。
针对上述问题，现有的去耦合的方法有加载电磁带隙结构(EBG)、缺地陷结构(DGS)以及在天线之间加载寄生单元等，但是有些方法需要多层介质基底，导致结构过于复杂，有些方法只能在较窄的频带范围内去耦合效果，对于宽频带天线阵列来说不是很适用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种降低耦合的二元微带阵列天线，通过加载慢波结构来去耦合，不仅结构简单，易共形，而且还可以在较宽的频带范围内实现去耦合的效果。
为实现上述发明目的，本发明一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，包括：
一介质基板，所述介质基板的上表面印制有两个矩形辐射单元，两个辐射单元关于介质基板的长边的中心线对称放置，其下表面为金属地板；
所述金属地板的正中间纵向开一矩形槽，矩形槽的长度和介质基板的宽度相等，矩形槽的宽度与两个辐射单元之间的距离相同；
一慢波结构，加载在矩形槽中的适当位置，慢波结构的两端通过微带线与金属地板连接；
一馈电同轴，包括内导体和外导体；内导体与两个矩形辐射单元连接，外导体和金属地板连接；
馈电同轴外接信号源，通过内导体将信号传输到两个矩形辐射单元，两个矩形辐射单元向周围空间辐射，再通过慢波结构延长两个矩形辐射单元之间的电磁波的传播路径，使辐射增加，从而降低二元微带阵列天线内的耦合。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种降低耦合的二元微带阵列天线，包括介质基板、慢波结构和馈电同轴；馈电同轴外接信号源，通过馈电同轴中的内导体将信号传输到介质基板上的两个矩形辐射单元，两个矩形辐射单元向周围空间辐射，再通过慢波结构延长两个矩形辐射单元之间的电磁波的传播路径，使辐射增加，从而降低二元微带阵列天线之间的耦合；与现有技术相比，本发明具有结构更加简单，去耦合效果更好，而且可以实现在较宽的频带范围内实现降低耦合的效果。
附图说明
图1是本发明一种降低耦合的二元微带阵列天线结构示意图，其中，(a)为天线正面图，(b)为天线反面图。
图2是本发明一种降低耦合的二元微带阵列天线尺寸示意图；其中，(a)为天线正面图，(b)为天线反面图。
图3是几种慢波结构的结构示意图；
图4是本发明实施例中的慢波结构的布里渊图；
图5是本发明实施例的仿真的S参数曲线图。
图中标记说明：介质基板1、金属辐射贴片单元21和22、金属地板上开的槽3、金属地板4、慢波结构5、微带线61和62。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种降低耦合的二元微带阵列天线结构示意图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种降低耦合的二元微带阵列天线，包括：
如图1(a)所示，介质基板1的上表面印制有两个矩形辐射单元21和22，两个辐射单元21和22关于介质基板1的长边的中心线对称放置，如图1(b)所示，其下表面为金属地板4；
在本实施例中，如图2所示，采用的介质基板1为FR-4材料，其相对介电常数为εr＝4.4，厚度h＝1.6mm，其具体的几何参数值为：介质基板的长度L＝78mm；介质基板的宽度为W＝60mm；如图2(a)所示，两个矩形辐射单元21和22的长度为L1＝14mm，宽度为W1＝13.2mm；
在金属地板4的正中间纵向开一矩形槽3，矩形槽3的长度和介质基板1的宽度相等，矩形槽3的宽度与两个辐射单元21和22之间的距离相同；
在本实施例中，如图2(b)所示，矩形槽3的宽度为L3＝12mm；
慢波结构5，加载在矩形槽3中，慢波结构5的两端通过微带线与金属地板4连接；
在本实施例中，如图2(b)所示，慢波结构5的下端距离介质基板1上端的距离为L4＝25.1mm；慢波结构的周期长度为p＝2mm；慢波结构的金属线的宽度与微带线61、62的宽度相同，均为0.2mm；
在本实施例中，慢波结构5可以采用矩形结构、正弦形结构、梯形结构和U形结构。图3(a)所示的正弦形微带慢波结构，图3(b)所示的梯微带慢波结构，图3(c)所示的U形微带慢波结构，除此之外，还可以采用其他形状的微带慢波结构，在此不再一一列举；此外，慢波结构的尺寸不仅限于实施例中给出的尺寸，而是根据微带天线的工作频带有所变化，使得慢波结构的通带包含微带天线的工作频段，其中慢波结构的布里渊图如图4所示，由图4可以看出该矩形慢波结构的通带包含二元微带阵列天线的工作频带。
馈电同轴，包括内导体和外导体；内导体与两个矩形辐射单元连接，外导体和金属地板连接；
馈电同轴外接信号源，通过内导体将信号传输到两个矩形辐射单元，两个矩形辐射单元向周围空间辐射，再通过慢波结构延长两个矩形辐射单元之间的电磁波的传播路径，使辐射增加，从而降低二元微带阵列天线内的耦合。
本实施例通过对上述二元微带阵列天线的S参数进行仿真，其仿真结果如图5所示，由图5可以看出与同尺寸的不加载慢波结构的二元微带阵列天线相比，本发明在谐振点处S21可以降低20dB。
此外，本发明不仅限于二元微带阵列天线，也可适用于多元微带阵列天线，同样可以达到降低耦合的效果。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，包括：
一介质基板，所述介质基板的上表面印制有两个矩形辐射单元，两个辐射单元关于介质基板的长边的中心线对称放置，其下表面为金属地板；
所述金属地板的正中间纵向开一矩形槽，矩形槽的长度和介质基板的宽度相等，矩形槽的宽度与两个辐射单元之间的距离相同；
一慢波结构，加载在矩形槽中的适当位置，慢波结构的两端通过微带线与金属地板连接；
一同轴馈电，包括内导体和外导体；内导体与两个矩形辐射单元连接，外导体和金属地板连接；
同轴馈电外接信号源，通过内内导体将信号传输到两个矩形辐射单元，两个矩形辐射单元向周围空间辐射，再通过慢波结构延长两个矩形辐射单元之间的电磁波的传播路径，使辐射增加，从而降低二元微带阵列天线之间的耦合。
2.根据权利要求1所述的一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，所述慢波结构的下端距离介质基板上端的距离为L4。
3.根据权利要求1所述的一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，所述慢波结构可以采用矩形结构、正弦形结构、梯形结构和U形结构。
4.根据权利要求1所述的一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，所述介质基板为FR-4材料。
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