專(zhuān)利名稱(chēng)：X波段雙極化低互耦微帶天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信領(lǐng)域的微帶天線(xiàn)，特別是一種可用于x
波段陣列天線(xiàn)的新型雙極化低互耦微帶天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信領(lǐng)域，隨著信道容量增加，通信鏈路穩(wěn)定性的提高，X 波段反向天線(xiàn)陣逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。為了減少陣列天線(xiàn)單元的數(shù)目，提升天線(xiàn)的 性能，迫切需求天線(xiàn)陣元具有雙極化和低互耦的功能。而利用微帶天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)雙極化天線(xiàn)單 元一直是人們非常關(guān)心的課題。傳統(tǒng)雙極化微帶天線(xiàn)設(shè)計(jì)，一般是采用輻射貼片層加介質(zhì) 層兩層結(jié)構(gòu)，通常用兩個(gè)微帶饋線(xiàn)直接給方形輻射貼片饋電，從而形成雙極化微帶天線(xiàn)單 元。但是這種設(shè)計(jì)，其兩種極化模式的端口隔離度很低，一般只有-20 -25dB左右；由于矩
形輻射貼片的尺寸較大，會(huì)使得陣元在陣列中受到互耦的影響也較大，且天線(xiàn)單元的帶寬 也較窄。 目前國(guó)內(nèi)外已有研究者利用兩個(gè)相互垂直的H形口徑耦合饋電的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Ku 波段(8.5GHz-llGHz)寬頻帶高隔離度雙極化微帶單元，以及短開(kāi)路支線(xiàn)加載的低互耦 陣兀天線(xiàn)，如文獻(xiàn)l. "Radiating patches with low mutual coupling for antenna arrays, "IEEEAP-S Int. S卿.，Jun. 2007，pp :3620-3623.;文獻(xiàn)2. "Ku波段寬頻帶高隔離 雙極化微帶天線(xiàn)陣的設(shè)計(jì)".火控雷達(dá)技術(shù).2005(4) :53-55 ;上述文獻(xiàn)1的設(shè)計(jì)采用單層 介質(zhì)開(kāi)路加載微帶天線(xiàn)，雖然降低了互耦，但是垂直極化端口和水平極化端口之間的隔離 度只有25dB，而且陣元的工作帶寬只有0. 2GHz，增益也只有6. 8dB ;文獻(xiàn)2的設(shè)計(jì)，具有良 好的帶寬特性和高隔離度，但是設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮陣元的互耦影響，在陣列設(shè)計(jì)中陣元之間 的互耦影響比較大，端口之間形成串?dāng)_，降低天線(xiàn)性能。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能滿(mǎn)足X波段反向天線(xiàn)陣和衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用 的新型雙極化、低互耦、寬頻帶、高隔離度的微帶陣元天線(xiàn)。 本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。X波段雙極化低互耦微帶天線(xiàn)， 它包括介質(zhì)板和輻射貼片，其特征是采用四層疊放的介質(zhì)板，第一層介質(zhì)板的上表面蝕刻 輻射貼片，第二層介質(zhì)板為塑料泡沫；第三層介質(zhì)板上設(shè)置水平極化饋線(xiàn)；第四層介質(zhì)板 下設(shè)置垂直極化饋線(xiàn)，在第三層介質(zhì)板與第四層介質(zhì)板之間設(shè)置有地層，地層上蝕刻有可 以產(chǎn)生垂直極化和水平極化的兩個(gè)相互垂直的H形槽和改進(jìn)型的H形槽；輻射貼片采用矩 形貼片，在矩形輻射貼片的四角加有短開(kāi)路支線(xiàn)。上述改進(jìn)型H形槽，其形狀設(shè)計(jì)成介于H 形和U形之間。 本實(shí)用新型在進(jìn)行微帶陣列天線(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了結(jié)構(gòu)分布對(duì)天線(xiàn)單元和 天線(xiàn)陣列性能的影響，將饋線(xiàn)分布在不同的介質(zhì)層上，解決了不同極化端口之間的隔離度 問(wèn)題，將開(kāi)路加載技術(shù)應(yīng)用到輻射貼片上，有效的減小了輻射貼片的尺寸增大了陣元之間的距離，從而降低了陣元之間的互耦影響等問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上充分改善了天線(xiàn)單元的帶 寬、增益和效率。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的積極效果是首先，雙極化天線(xiàn)單元采用了 H形槽和改進(jìn)型的H形槽的饋電結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有比較大的耦合量，H形耦合槽饋電的天 線(xiàn)結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)寬頻諧振，降低交叉極化；其次，輻射貼片采用了開(kāi)路線(xiàn)加載技術(shù)，在貼片 四周進(jìn)行短開(kāi)路支線(xiàn)加載，有效地的減小了天線(xiàn)的尺寸和陣列中陣元之間輻射邊的相對(duì)距 離，從而降低了陣元之間的互耦，更好的發(fā)揮了反向天線(xiàn)陣的性能和低副瓣陣列天線(xiàn)的性 能；最后，在饋電層與矩形輻射貼片之間采用了介電常數(shù)非常小的塑料泡沫材料，有效的提 高了天線(xiàn)的增益和效率。設(shè)計(jì)得到的陣元天線(xiàn)在垂直極化中心頻率10GHz，水平極化中心頻 率9. 6GHz，兩種極化模式下絕對(duì)帶寬均大于lGHz，兩端口的隔離度大于40dB，陣元增益高 于8dB，兩端口的交叉極化均小于30dB，陣元之間的互耦在半波長(zhǎng)的間距下比普通矩形貼 片天線(xiàn)下降2dB。是一種能滿(mǎn)足X波段反向天線(xiàn)陣和衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用的新型雙極化、低互 耦、寬頻帶、高隔離度的微帶陣元天線(xiàn)。 本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖和實(shí)施例給出。
圖1為本實(shí)用新型所述X波段雙極化低互耦微帶天線(xiàn)單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本實(shí)用新型所述X波段雙極化低互耦微帶天線(xiàn)單元分層結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實(shí)用新型微帶天線(xiàn)中水平和垂直極化饋電結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本實(shí)用新型第一層介質(zhì)板上的矩形輻射貼片6的結(jié)構(gòu)形狀示意圖。
具體實(shí)施方案
以下結(jié)合附圖，以工作頻率為lOGHz的微帶天線(xiàn)制作為例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一 步詳細(xì)說(shuō)明。 參見(jiàn)圖1 、圖2，根據(jù)本實(shí)用新型制作的X波段雙極化低互耦微帶天線(xiàn)，它是由四層 介質(zhì)板疊放構(gòu)成，第一層介質(zhì)板1、第三層介質(zhì)板3以及第四層介質(zhì)板5均采用介電常數(shù)為 2. 55，介質(zhì)損耗角為0. 0019介質(zhì)材料，第一層介質(zhì)板1的厚度為0. 508mm，第三和第四層介 質(zhì)板3、5的厚度均為0. 254mm ;為增加帶寬，提高效率，第二層介質(zhì)板2采用與空氣介電常 數(shù)相當(dāng)?shù)乃芰吓菽?，其填充介電常?shù)為1.05，厚度為1.7mm。輻射貼片6采用在矩形貼片 四角增加有短開(kāi)路支線(xiàn)。矩形輻射貼片6蝕刻在第一層介質(zhì)板1的上表面；水平極化饋線(xiàn) 7設(shè)置在第三層介質(zhì)板3的上表面；垂直極化饋線(xiàn)10設(shè)置在第四層介質(zhì)板5的下表面，水 平極化饋線(xiàn)7和垂直極化饋線(xiàn)10均采用50 Q的微帶線(xiàn)，第三層介質(zhì)板3與第四層介質(zhì)板 5之間還設(shè)置有地層4，地層4上開(kāi)有兩個(gè)相互垂直的H形槽8和改進(jìn)型的H形槽9。 參見(jiàn)圖3，本實(shí)用新型對(duì)微帶天線(xiàn)水平極化饋電結(jié)構(gòu)和垂直極化饋電結(jié)構(gòu)是根據(jù) 工作頻率以及帶寬等要求確定。對(duì)于水平極化饋電結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)H形槽8的尺寸以及饋 線(xiàn)終端突出長(zhǎng)度，改善輸入端口的阻抗特性，最終優(yōu)化得到H形槽的尺寸為L(zhǎng)a二 2. 6mm，Ha =4. 3mm， Ga = 0. 3mm， Wa = 0. 2mm，水平極化饋線(xiàn)7終端突出長(zhǎng)度Ta = 1. 2mm。對(duì)于垂直 極化饋電結(jié)構(gòu)，通過(guò)改進(jìn)型H形槽9，使其形狀介于H形和U形之間，以避免饋線(xiàn)終端突出 長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)影響水平極化饋電端口 ，改善輸入端口的阻抗特性，最終優(yōu)化得到改進(jìn)型H形槽9的尺寸為Hb = 4. lmm， Lb = 2. 6mm， Gb = 0. 3mm， Wb = 0. 2mm， Kb = 0. 75mm，垂直極化饋線(xiàn) 10終端突出長(zhǎng)度Tb = 1. 35mm。 參見(jiàn)圖4，矩形輻射貼片6的尺寸確定，是在保證輻射效率、交叉極化、端口駐波比 的前提下，為了減小輻射貼片的尺寸，分別在普通矩形貼片的基礎(chǔ)上，在貼片的四角增加了 短支開(kāi)路線(xiàn)，最終優(yōu)化后得到的輻射片尺寸為Wr = 1. 5mm， L = 6mm， Lr = 2. lmm.。
權(quán)利要求一種X波段雙極化低互耦微帶天線(xiàn)，它包括介質(zhì)板和輻射貼片，其特征是采用四層疊放的介質(zhì)板，第一層介質(zhì)板[1]的上表面蝕刻輻射貼片[6]，第二層介質(zhì)板[2]為塑料泡沫；第三層介質(zhì)板[3]上設(shè)置水平極化饋線(xiàn)[7]；第四層介質(zhì)板[5]下設(shè)置垂直極化饋線(xiàn)[10]，在第三層介質(zhì)板[3]與第四層介質(zhì)板[5]之間設(shè)置有地層[4]，地層[4]上蝕刻有可以產(chǎn)生垂直極化和水平極化的兩個(gè)相互垂直的H形槽[8]和改進(jìn)型的H形槽[9]；輻射貼片[6]采用矩形貼片，在矩形輻射貼片[6]的四角加有短開(kāi)路支線(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙極化低互耦微帶天線(xiàn)，其特征是上述兩個(gè)相互垂直的H形槽 中的改進(jìn)型H形槽[9]，其形狀是介于H形和U形之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙極化低互耦微帶天線(xiàn)，其特征是水平極化饋線(xiàn)7和垂直極化 饋線(xiàn)IO均采用50 Q的微帶線(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙極化低互耦微帶天線(xiàn)，其特征是第二層介質(zhì)板[2]為與空氣 介電常數(shù)相當(dāng)?shù)乃芰吓菽?br> 專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種新型X波段雙極化低互耦微帶天線(xiàn)，它是由四層介質(zhì)板疊放構(gòu)成。輻射貼片采用了開(kāi)路線(xiàn)加載技術(shù)；饋電結(jié)構(gòu)采用H形槽和改進(jìn)型的H形槽，同時(shí)將饋線(xiàn)分布在不同的介質(zhì)層上；在饋電層與矩形輻射貼片之間還采用了介電常數(shù)非常小的塑料泡沫材料。本實(shí)用新型充分考慮了結(jié)構(gòu)分布對(duì)天線(xiàn)單元和天線(xiàn)陣列性能的影響，解決了不同極化端口之間的隔離度問(wèn)題，有效的減小了輻射貼片的尺寸，增大了陣元之間的距離，降低了陣元之間的互耦影響；并在此基礎(chǔ)上充分改善了天線(xiàn)單元的帶寬、增益和效率。是一種能滿(mǎn)足X波段反向天線(xiàn)陣和衛(wèi)星通信領(lǐng)域應(yīng)用的新型雙極化、低互耦、寬頻帶、高隔離度的微帶陣元天線(xiàn)。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK201536151SQ20092023459
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者丁大志, 葉曉東, 唐萬(wàn)春, 樊振宏, 沙侃, 王貴, 盛亦軍, 葛貴銀, 陳如山 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)