CN108879087A - 一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线 - Google Patents

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冯敏
吴翠翠
汤普祥
周雅莉
陈峤羽
姚祺
陈祥云
韦方
韦一方
张弘毅
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Abstract

本发明公开了一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线。该阵列天线包括单层的介质基板以及天线阵列，该天线阵列中每个天线单元包括矩形辐射贴片、T形微带枝节和接地短路探针，T形微带枝节由三个四分之一波长谐振器构成，交汇点处***一根接地短路探针；各个天线单元之间通过微带线连接，天线阵列通过馈电点利用探针馈电；所述天线单元中，T形微带枝节中两个对称的四分之一波长谐振器与矩形辐射贴片的辐射边相邻且平行；所述天线单元中矩形辐射贴片为普通贴片天线，T形微带枝节有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。本发明天线具有低剖面且结构简单，有效增加了天线频带宽度，同时具有高次谐波抑制以及工作频带内稳定增益等优点。

Description

一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别是一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线。
背景技术
随着科技水平的不断提高和信息时代的到来，现代通信技术已经能够做到随时随地快捷通信，对数据进行快速处理，远程控制仪器设备等。现代通信技术和航天航海、移动互联网、信息处理等技术的结合，使人类步入了信息时代。而现代通信技术的快速发展又对仪器设备提出了更苛刻的要求。随着信息时代的到来以及具有宽带特性的通讯设备的应用，作为现代通信***的重要组成部分，天线性能的优劣对通信***的正常运行起到最直接的影响，由此要求天线同时具备多种优良性能。
由于近几十年微波集成电路的发展，产生了对能与集成电路兼容的紧凑型天线的需求。微带天线低剖面、重量轻、易于共形的优点使得它非常适于用在高速的载体上。微带天线有其独特的优点，但是由于它的辐射原理是天线的谐振，所以导致了它的一个最主要的缺点：工作频带宽度太窄，一般的微带行波天线的频带宽度可以达到百分之几十，微带缝隙天线可以达到1％-10％，而普通的微带贴片天线仅为0.6％-3％。基于此，如何在保证天线性能的前提下，展宽天线带宽是微带天线研究的一个重要方向。现有的增大带宽的技术，包括口径耦合馈电，增大介质基板厚度，降低基板介电常数，增加匹配网络，采用多层基板技术，以及通过开缝增加谐振电路等，这些方法一般具有结构复杂，多层结构，电尺寸过大以及难以组成阵列等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、易于加工实现的低剖面宽频带微带贴片天线阵列，同时具有高次谐波抑制和工作带宽内增益稳定的优点。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线，包括单层的介质基板以及介质基板上设置的天线阵列，该天线阵列中每个天线单元包括矩形辐射贴片、T形微带枝节和接地短路探针，T形微带枝节由三个四分之一波长谐振器构成，交汇点处***一根接地短路探针；各个天线单元之间通过微带线连接，天线阵列通过馈电点利用探针馈电。
作为一种具体示例，所述天线单元中，T形微带枝节中两个对称的四分之一波长谐振器与矩形辐射贴片的辐射边相邻且平行。
作为一种具体示例，所述天线单元中矩形辐射贴片为普通贴片天线，T形微带枝节对矩形辐射贴片进行耦合馈电，T形微带枝节有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。
作为一种具体示例，所述天线单元与微带线的连接点位于，T形微带枝节中垂直于矩形辐射贴片辐射边的四分之一波长谐振器的一侧。
作为一种具体示例，所述天线阵列E面与H面的天线单元间距均为0.58λ0，λ0为天线在空气中的波长。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)采用单层介质板，避免了多层叠加的复杂结构，天线结构简单，易于实现加工，成本低；(2)采用微带线进行馈电，2×2阵列可以组成更大阵列，获得更大增益；(3)有效增大了微带阵列天线的频带宽度；(4)该阵列天线的高次谐波得到抑制，工作频带内增益相对稳定。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例阵列天线的整体结构俯视透视图。
图2为本发明实施例阵列天线的S11参数仿真图。
图3为本发明实施例阵列天线的工作频带内增益仿真图。
图4为本发明实施例阵列天线中心频率4.93GHz的仿真方向图。
图5为本发明实施例阵列天线4-12GHz的S11参数仿真图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
本发明提供了一种展宽微带贴片天线带宽的方法，利用T形谐振枝节对矩形辐射贴片进行耦合馈电，从天线整体的等效传输线模型来看，相当于增加两个谐振回路，使得天线原有的谐振点由一个增加到三个，从而有效地展宽了天线的带宽。并且由于T形结构的完全对称分布，使得高次谐波得到抑制。阵列天线的增益在工作带宽内波动比较小。天线的单层设计使得天线具有低剖面、结构简单、易于加工等优点。
本发明具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线，包括单层的介质基板1以及介质基板1上设置的天线阵列，该天线阵列中每个天线单元包括矩形辐射贴片2、T形微带枝节3和接地短路探针4，T形微带枝节3由三个四分之一波长谐振器构成，交汇点处***一根接地短路探针4；各个天线单元之间通过微带线6连接，天线阵列通过馈电点5利用探针馈电。
作为一种具体示例，所述天线单元中，T形微带枝节3中两个对称的四分之一波长谐振器与矩形辐射贴片2的辐射边相邻且平行。
作为一种具体示例，所述天线单元中矩形辐射贴片2为普通贴片天线，T形微带枝节3对矩形辐射贴片2进行耦合馈电，T形微带枝节3有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。
作为一种具体示例，所述天线单元与微带线6的连接点位于，T形微带枝节3中垂直于矩形辐射贴片2辐射边的四分之一波长谐振器的一侧。
作为一种具体示例，所述天线阵列E面与H面的天线单元间距均为0.58λ0，λ0为天线在空气中的波长。
实施例1
本发明具有谐波抑制的宽频带微带贴片天线，包括单层的介质基板1以及介质基板1上设置的天线阵列，该天线阵列中每个天线单元包括矩形辐射贴片2、T形微带枝节3和接地短路探针4，T形微带枝节3由三个四分之一波长谐振器构成，交汇点处***一根接地短路探针4；各个天线单元之间通过微带线6连接，天线阵列通过馈电点5利用探针馈电。
图1给出本发明阵列天线的整体结构俯视图(透视图)，本专利所述的天线由单层平面介质基板组成，制作的实施例的中心频率为4.93GHz，设计频带范围为4.62GHz-5.23GHz，采用介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，厚度为1.575mm的介质基板Rogers5880作为本发明天线中的介质基板。
图2为本发明阵列天线的S11仿真图，由图可看出，小于-10dB的带宽范围为：4.62GHz-5.23GHz，相对带宽为12.4％，相比较同类微带贴片阵列天线，本发明天线的相对带宽有了显著提高。
图3为本发明阵列天线的增益仿真图，可以看出在工作频带内，天线增益的变化较小，相对稳定，增益最大值为12.8dBi。
图4为本发明阵列天线在中心频率4.93GHz时和方向的仿真方向图，由图可看出，由于天线单元在时完全对称，所以方向图没有偏移，而由于天线单元在时由于T形结构的存在，方向图有所偏移。
图5为本发明阵列天线在4-12GHz的S11参数仿真图，可以看出，高次谐波得到了明显抑制。
本发明天线具有低剖面且结构简单，有效增加了天线频带宽度，同时具有高次谐波抑制以及工作频带内稳定增益等优点。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照特定的优选实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，随本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线，其特征在于，包括单层的介质基板(1)以及介质基板(1)上设置的天线阵列，该天线阵列中每个天线单元包括矩形辐射贴片(2)、T形微带枝节(3)和接地短路探针(4)，T形微带枝节(3)由三个四分之一波长谐振器构成，交汇点处***一根接地短路探针(4)；各个天线单元之间通过微带线(6)连接，天线阵列通过馈电点(5)利用探针馈电。
2.根据权利要求1所述的具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线，其特征在于，所述天线单元中，T形微带枝节(3)中两个对称的四分之一波长谐振器与矩形辐射贴片(2)的辐射边相邻且平行。
3.根据权利要求1或2所述的具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线，其特征在于，所述天线单元中矩形辐射贴片(2)为普通贴片天线，T形微带枝节(3)对矩形辐射贴片(2)进行耦合馈电，T形微带枝节(3)有两个偏移中心频率的谐振点，但是不参与辐射。
4.根据权利要求2所述的具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线，其特征在于，所述天线单元与微带线(6)的连接点位于，T形微带枝节(3)中垂直于矩形辐射贴片(2)辐射边的四分之一波长谐振器的一侧。
5.根据权利要求2所述的具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线，其特征在于，所述天线阵列E面与H面的天线单元间距均为0.58λ0，λ0为天线在空气中的波长。
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