CN108281788A - 一种降低耦合的二元微带阵列天线 - Google Patents

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魏彦玉
丁冲
吴钢雄
杨睿超
雷霞
江雪冰
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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：同轴馈电、介质基板、两块矩形辐射单元和两条弯折线；当同轴馈电外接信号源后，通过内导体将信号传输到两块矩形辐射单元，两块矩形辐射单元向周围空间辐射，此时，两条弯折线为两块辐射单元之间耦合的电磁波形成两条传播路径，两条传播路径上的信号幅值相同但相位相反，最终通过外导体输出，从而实现降低二元微带阵列天线在工作范围内最大可以实现53dB的去耦合效果，具有结构更加简单，去耦合效果好，同时还可以适用于多元微带阵列天线的去耦合。

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
天线作为无线电信号的收发装置，已经成为无线***中不可或缺的组成部分，被广泛应用在移动通信、广播电视、雷达探测、卫星导航及深空探测等各种应用领域。随着人们对天线技术的深入研究及其理论的完善，各式各样的天线被开发出来。即便如此，由于电性能的局限性，单个天线往往并不能满足日益苛刻的应用指标要求，因此在实际应用中，引入阵列天线来实现这些特性。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 Position System)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。
天线的互耦效应直接影响到天线性能,如在射频识别***中，收发天线间的互耦导致了通道间隔离度的恶化，从而影响了射频标签的读取距离；在自适应天线阵，互耦会影响方向图零点深度，并造成信噪比的降低；对于相控阵，互耦会影响阵中单元的方向图与输入阻抗，以至于阵列出现扫描盲点并影响扫描范围。总之,天线的互耦效应的存在,使天线达不到最佳设计效果。
微带天线具有许多优点,例如重量轻、体积小、成本低、剖面低以及能与微波集成电路和光电集成电路兼容等，因此，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。
在微带线阵中，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)以及加载去耦网络等，但是有些方法需要多层介质基底，导致结构过于复杂，有些方法去耦合效果不理想。本发明是通过在地板上开槽，并在槽中加载两条弯折线来实现去耦合的效果。该方法不仅具有结构简单，易共形等优点，而且具有很好的去耦合效果。
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，通过在二元微带天线的金属地板上开矩形槽，并在矩形槽的适当位置处加载两条弯折线，从而实现降低耦合的效果。
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：同轴馈电、介质基板、两块矩形辐射单元和两条弯折线；
所述的同轴馈电包括：内导体和外导体，内导体和外导体均为圆柱体；其中，内导体与两块矩形辐射单元连接，外导体与金属地板连接；
所述的介质基板上表面印制有两块矩形辐射单元，其下表面为金属地板，在金属地板中心位置处开一矩形槽，该矩形槽的长度和介质基板的宽度相同，其宽度与两块辐射单元之间的距离相同；
所述的两块矩形辐射单元尺寸完全相同，且关于介质基板的纵向中心线对称，其长度为L1，宽度为W1，间距为L3；
所述的两条弯折线尺寸完全相同，加载在矩形槽中，其中，第一条弯折线的下端距离介质基板上端的距离为L4，第二条弯折线距离第一条弯折线的距离为L5，两条弯折线的相对距离可以根据实际情况进行微调，从而降低耦合；
同轴馈电外接信号源，通过内导体将信号传输到两块矩形辐射单元，两块矩形辐射单元向周围空间辐射，此时，两条弯折线为两块辐射单元之间耦合的电磁波形成两条传播路径，两条传播路径上的信号幅值相同但相位相反，最终通过外导体输出，从而实现降低二元微带阵列天线耦合的效果。
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：同轴馈电、介质基板、两块矩形辐射单元和两条弯折线；当同轴馈电外接信号源后，通过内导体将信号传输到两块矩形辐射单元，两块矩形辐射单元向周围空间辐射，此时，两条弯折线为两块辐射单元之间耦合的电磁波形成两条传播路径，两条传播路径上的信号幅值相同但相位相反，最终通过外导体输出，从而实现降低二元微带阵列天线在工作范围内最大可以实现53dB的去耦合效果，具有结构更加简单，去耦合效果好，同时还可以适用于多元微带阵列天线的去耦合。
附图说明
图1是本发明二元微带阵列天线的结构示意图，其中，(a)为天线正面图，(b)为天线反面图；
图2是本发明二元微带阵列天线的尺寸示意图，其中，(a)为天线正面图，(b)为天线反面图；
图3是本发明实施例的仿真和测试的S参数曲线图。
图中标记说明：介质基板1、两块矩形辐射单元21和22、矩形槽3、金属地板4、弯折线5、弯折线6。
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是本发明二元微带阵列天线的结构示意图。
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：同轴馈电、介质基板、两块矩形辐射单元和两条弯折线；
同轴馈电包括：内导体和外导体，内导体和外导体均为圆柱体；其中，内导体与两块矩形辐射单元连接，外导体与金属地板连接；
如图1(a)所示，介质基板1上表面印制有两块矩形辐射单元21和22，如图1(b)所示，其下表面为金属地板4，在金属地板4中心位置处开一矩形槽3，该矩形槽3的长度和介质基板1的宽度相同，其宽度与两块辐射单元21和22之间的距离相同；
在本实施例中，介质基板1采用FR-4材料，其相对介电常数为εr＝4.4，厚度h＝1.6mm，长度L＝78mm宽度为W＝60mm。
如图2(a)所示，两块矩形辐射单元尺寸完全相同，且关于介质基板的纵向中心线对称，其长度为L1＝14mm，宽度为W1＝13.2mm，间距为L3＝12mm；
如图2(b)所示，两条弯折线尺寸完全相同，加载在矩形槽中，其中，第一条弯折线5的下端距离介质基板上端的距离为L4，第二条弯折线6距离第一条弯折线5的距离为L5，两条弯折线的相对距离可以根据实际情况进行微调，从而降低耦合；
在本实施例中，两条弯折线采用铜线绕制而成，成矩形状，其总长度均为134mm，宽度均为0.2mm，第一条弯折线的下端距离介质基板上端的距离为L4＝25mm，第二条弯折线距离第一条弯折线的距离为L5＝10mm。弯折线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。
下面我们对二元微带阵列天线的工作流程进行描述：当同轴馈电外接信号源，通过内导体将信号传输到两块矩形辐射单元，两块矩形辐射单元向周围空间辐射，此时，两条弯折线为两块辐射单元之间耦合的电磁波形成两条传播路径，两条传播路径上的信号幅值相同但相位相反，最终通过外导体输出，从而实现降低二元微带阵列天线耦合的效果。
下面对本发明实施例给出二元微带阵列天线进行仿真，其S参数的测试结果如图3所示，由图3可以看出加载弯折线的二元微带阵列天线，在该二元微带天线阵的工作频段内，S21最小为-53dB，说明加载两条弯折线具有很好的去耦合效果。
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，具体流程不再赘述。
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：同轴馈电、介质基板、两块矩形辐射单元和两条弯折线；
所述的同轴馈电包括：内导体和外导体，内导体和外导体均为圆柱体；其中，内导体与两块矩形辐射单元连接，外导体与金属地板连接；
所述的介质基板上表面印制有两块矩形辐射单元，其下表面为金属地板，在金属地板中心位置处开一矩形槽，该矩形槽的长度和介质基板的宽度相同，其宽度与两块辐射单元之间的距离相同；
所述的两块矩形辐射单元尺寸完全相同，且关于介质基板的纵向中心线对称，其长度为L1，宽度为W1，间距为L3；
所述的两条弯折线尺寸完全相同，加载在矩形槽槽中，其中，第一条弯折线的下端距离介质基板上端的距离为L4，第二条弯折线距离第一条弯折线的距离为L5，两条弯折线的相对距离可以根据实际情况进行微调，从而降低耦合；
同轴馈电外接信号源，通过内导体将信号传输到两块矩形辐射单元，两块矩形辐射单元向周围空间辐射，此时，两条弯折线为两块辐射单元之间耦合的电磁波形成两条传播路径，两条传播路径上的信号幅值相同但相位相反，最终通过外导体输出，从而实现降低二元微带阵列天线耦合的效果。
2.根据权利要求所述的一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，所述的介质基板采用FR-4材料，其相对介电常数为εr＝4.4，厚度h＝1.6mm，长度L＝78mm宽度为W＝60mm。
3.根据权利要求所述的一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，所述的两块矩形辐射单元的长度为L1＝14mm，宽度为W1＝13.2mm，间距为L3＝12mm。
4.根据权利要求所述的一种降低耦合的二元微带阵列天线，其特征在于，所述的两条弯折线采用铜线绕制而成，其总长度均为134mm，宽度均为0.2mm，第一条弯折线的下端距离介质基板上端的距离为L4＝25mm，第二条弯折线距离第一条弯折线的距离为L5＝10mm。
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