CN109659695B - 一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线设计技术领域，公开了一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，它包括：天线贴片，介质基板、反射板、同轴馈线、天线馈线、紧固塑料螺钉、功分介质板和功分电路；反射板上刻蚀缺陷地结构单元，缺陷地结构单元为矩形细缝和在其外侧的三个圆环；紧固塑料螺钉穿过介质基板，反射板和功分介质板上的非金属化过孔将其紧固为一体，解决了阵元之间的互耦会严重影响圆极化天线的驻波特性与方向图特性的技术问题。

Description

一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵。

背景技术

圆极化天线可以接收任意极化的电磁波，圆极化波还能一定程度上降低地面的多径干扰以及电离层的干扰，因此本发明提出的工作在北斗B3频段的天线阵元为圆极化，但是阵元之间的互耦会严重影响天线的驻波特性与方向图特性，研究阵列天线耦合降低问题意义重大。在天线阵元之间刻蚀缺陷地结构能够在耦合路径上形成传输阻带，从而滤除天线阵元之间的耦合，达到去耦的目的。经实验证明，这是一种非常有效的去耦方法。

申请号为201720621861.0的专利，它采用的缺陷地结构为五个曲折型的缺陷地单元级联，可以实现降低两个阵元之间E面之间的耦合，但是其提出的缺陷地结构尺寸较大，明显大于天线贴片的尺寸。若要降低天线阵元之间H面的耦合，需要将缺陷地结构关于天线贴片旋转90°，但是旋转后的缺陷地结构会与之前的缺陷地结构在空间上重叠，完全失去降低耦合的作用。因此，此专利只能实现降低一维阵元之间E面的互耦。

申请号为201820165288.1的专利，它采用的缺陷地结构为两个左右锯齿交替分布的条状级联，可以实现降低两个阵面之间H面之间的耦合。但由于其缺陷地结构的较大尺寸，此专利只能实现降低一维天线阵元之间H面的互耦。对于二维空间排列，双极化或者圆极化的天线阵，上述专利均不能满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，解决了阵元之间的互耦会严重影响天线的驻波特性与方向图特性的技术问题。

一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，包括反射板和至少两个天线组装单元，所述反射板上间隔刻蚀有至少两个缺陷地结构组，所述天线组装单元安装在反射板上，且天线组装单元位于所述缺陷地结构组中部。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步地，所述天线组装单元包括天线贴片、介质基板、同轴馈线、天线馈线、螺钉和表面附着有功分电路的功分介质板，所述介质基板安装在所述反射板上方，所述天线贴片安装在介质基板上方，所述功分介质板安装在所述反射板下方，所述天线贴片、介质基板、反射板和功分介质板之间通过螺钉固定，所述天线馈线连接所述天线贴片和功分电路，所述同轴馈线与所述功分电路相连。

进一步地，所述天线馈线关于天线贴片中心互相垂直，且与天线贴片中心的距离相等。

进一步地，所述缺陷地结构组包括两个第一缺陷地结构单元和两个第二缺陷地结构单元，每个所述第一缺陷地结构单元与其中一个所述第二缺陷地结构单元相邻，与另一个第二缺陷地结构单元相对；所述第一缺陷地结构单元包括第一矩形细缝和三个圆环，所述圆环位于所述第一矩形细缝外侧，所述第二缺陷地结构单元包括第二矩形细缝，采用本步的有益效果是每个缺陷地单元可以降低与此单元垂直方向极化上两个天线之间的耦合，因此，每个缺陷地单元组可以降低两个微带天线阵元间双极化的耦合，经过调整阵列结构可以降低二维阵列中微带圆极化天线之间的耦合。

进一步地，所述缺陷地结构组的第一缺陷地结构单元与相邻的缺陷地结构组的第二缺陷地结构单元对应。

进一步地，所述螺钉为塑料螺钉。

进一步地，所述天线贴片为厚度为17um的铜层。

进一步地，所述介质基板为厚度3mm的Taconic TLT,介电常数为2.55。

进一步地，所述反射板为厚度为1mm的铜板。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，提出了一种适用于降低二维阵列的相邻阵元之间线极化与圆极化耦合的缺陷地结构的设计方法。并设计了一款刻蚀缺陷地结构的工作在北斗B3频段的2X2圆极化阵列，仿真结果表明本发明所提出的缺陷地结构在不影响圆极化微带天线其他性能的情况下有效的降低耦合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵的结构示意图；

图2为本发明具体实施例所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵的天线贴片和反射板的主视图；

图3为本发明具体实施例所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵的一个天线组装单元及缺陷地结构组示意图；

图4为本发明具体实施例所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵的扩展为二维阵列结构示意图；

图5为本发明刻蚀缺陷地结构前后的反射系数对比图；

图6为本发明刻蚀缺陷地结构前后的耦合系数对比图；

图7为本发明刻蚀缺陷地结构前后的轴比对比图；

附图标记：

1-反射板；2-天线组装单元；3-缺陷地结构组；4-螺钉；

111-第一孔洞；112-第二孔洞；

201-天线贴片；202-介质基板；203-同轴馈线；204-天线馈线；205-螺钉；206-功分电路；207-功分介质板；

210-第一天线贴片；211-第二天线贴片；212-第三天线贴片；213-第四天线贴片；

301-第一缺陷地结构单元；302-第二缺陷地结构单元；303-第一矩形细缝；304-圆环；305-第二矩形细缝；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定；

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，本发明所提供的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，包括反射板1和至少两个天线组装单元2，所述反射板1上间隔刻蚀有至少两个缺陷地结构组3，所述天线组装单元2安装在反射板1上，且天线组装单元2位于所述缺陷地结构组3中部；本实施例中，天线组装单元2的数目与缺陷地结构组3的数目一致，图1显示的是刻蚀缺陷地结构的圆极化微带四元天线阵，天线贴片与馈电网络关于中心轴线两两对称。

如图1所示，本实施例中的天线组装单元2包括天线贴片201、介质基板202、同轴馈线203、天线馈线204、螺钉205和表面附着有功分电路206的功分介质板207，所述介质基板202安装在所述反射板1上方，所述天线贴片201安装在介质基板202上方，所述功分介质板207安装在所述反射板1下方，所述天线贴片201、介质基板202、反射板1和功分介质板207之间通过螺钉4固定，所述天线馈线204连接所述天线贴片201和功分电路206，所述同轴馈线203与所述功分电路206相连；本实施例中的天线贴片201为附着在介质基板202上的厚度为17um的铜层，而介质基板202为厚度3mm的Taconic TLT,介电常数为2.55，螺钉4为紧固塑料螺钉；介质基板202，反射板1和附着功分电路206的功分介质板207通过非金属化过孔紧固为一体。所述天线馈线204为金属圆柱，连接功分电路206与天线贴片201。所述同轴馈线203实现天线单元的馈电。

图2为四阵元天线阵中天线贴片201与反射板1的主视图。右上角的天线贴片定义为第一天线贴片210，逆时针分别定义左上，左下，右下的天线贴片为第二天线贴片211、第三天线贴片212和第四天线贴片213；第一天线贴片210中的第一孔洞111对应于天线馈线204，孔洞112对应于螺钉4；

如图3所示，本实施例中反射板1上刻蚀的缺陷地结构组3包括两个第一缺陷地结构单元301和两个第二缺陷地结构单元302，每个所述第一缺陷地结构单元301与其中一个所述第二缺陷地结构单元302相邻，与另一个第二缺陷地结构单元302相对，即这四个缺陷地结构单元能够围绕形成方形；

所述第一缺陷地结构单元301包括第一矩形细缝303和三个圆环304，所述圆环304位于所述第一矩形细缝303外侧，所述第二缺陷地结构单元302包括第二矩形细缝305；所述缺陷地结构组3的第一缺陷地结构单元301与相邻的缺陷地结构组3的第二缺陷地结构单元302对应；

关于缺陷地结构单元，本实施例中所述圆环304的作用可以减小矩形细缝303的长度并调节互耦系数中零陷的频率，在形成天线阵时，如图2所示，天线阵阵元之间相邻的两条矩形细缝共用三个圆环，即缺陷地结构组3的第一缺陷地结构单元与相邻的缺陷地结构组3的第一缺陷地结构单元302共用三个圆环。此缺陷地结构组所带来的电容电感效应会在天线阵元间的耦合路径上增设带阻谐振结构，该结构能够在耦合路径上形成传输阻带，从而减小天线阵元之间的互耦。此单元中经过仿真优化，矩形细缝的尺寸可以降低为0.55λ，其中λ为天线工作频率所对应的介质中波长，圆环的周长约为0.5λ。缺陷地结构的尺寸与其和天线贴片1之间的距离有关。所述矩形细缝与圆环关于天线阵中心轴线对称。其中与两两天线中E面垂直的矩形细缝和圆环可以抑制阵元中的E面耦合，同理与两两天线中H面垂直的矩形细缝和圆环可以抑制阵元中的H面耦合。将两者结合即可实现抑制天线阵元间E面H面双极化耦合。

如图4所示，本实施例中并不局限于图2所提出的2X2阵列，其适用于所有二维阵列。本发明所提出的缺陷地结构的尺寸以及天线贴片的尺寸都与波长有关，因此其并不限于本发明实施例中的北斗B3频段，将本发明中提出的结构尺寸等比例的增加或减小，可以实现不同频段的互耦抑制。本发明中缺陷地结构的设计思路是，先设计降低线极化微带天线阵元之间耦合的矩形细缝，然后通过圆环结构304降低其尺寸，二者组成缺陷地结构单元，此结构小单元必须关于天线贴片轴线对称。再将其关于天线中心旋转90°，即可设计降低双极化微带天线阵元之间耦合的缺陷地结构，最后设计功分电路206，优化缺陷地结构实现降低圆极化微带天线阵元之间的互耦。因此本发明并不限于降低圆极化微带天线之间的互耦，经过调整，本发明同样适用于降低线极化微带天线阵元之间的互耦。

如图5，图6，图7所示，本发明工作在北斗B3频段(1.268GHz±10MHz),在工作频带内，刻蚀缺陷地结构前后，天线阵元的反射系数S11<-20dB，天线阵元的耦合系数从-20dB降低至-30dB以下,天线阵元的轴比在φ＝0°和φ＝90°两个平面上，±50°范围内几乎不变,刻蚀缺陷地结构之后略有改善。由此可以看出，本发明所提出的缺陷地结构在不影响圆极化微带天线其他性能的情况下有效的降低耦合。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，包括反射板和至少两个天线组装单元，所述反射板上刻蚀有至少两个缺陷地结构组，所述天线组装单元安装在反射板上，且天线组装单元位于所述缺陷地结构组中部，所述缺陷地结构组包括两个第一缺陷地结构单元和两个第二缺陷地结构单元，每个所述第一缺陷地结构单元与其中一个所述第二缺陷地结构单元相邻，与另一个第二缺陷地结构单元相对；所述第一缺陷地结构单元包括第一矩形细缝和三个圆环，所述圆环位于所述第一矩形细缝外侧，所述第二缺陷地结构单元包括第二矩形细缝。

2.根据权利要求1所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，所述天线组装单元包括天线贴片、介质基板、同轴馈线、天线馈线、螺钉和表面附着有功分电路的功分介质板，所述介质基板安装在所述反射板上方，所述天线贴片安装在介质基板上方，所述功分介质板安装在所述反射板下方，所述天线贴片、介质基板、反射板和功分介质板之间通过螺钉固定，所述天线馈线连接所述天线贴片和功分电路，所述同轴馈线与所述功分电路相连。

3.根据权利要求2所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，所述天线馈线关于天线贴片中心相互垂直，且与天线贴片中心的距离相等。

4.根据权利要求3所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，所述缺陷地结构组的第一缺陷地结构单元与相邻的缺陷地结构组的第二缺陷地结构单元对应。

5.根据权利要求2所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，所述螺钉为塑料螺钉。

6.根据权利要求2所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，所述天线贴片为厚度为17um的铜层。

7.根据权利要求2所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，所述介质基板为厚度3mm的Taconic TLT,介电常数为2.55。

8.根据权利要求1所述的一种刻蚀缺陷地结构的圆极化微带天线阵，其特征在于，所述反射板为厚度为1mm的铜板。