專利名稱：一種雙頻段低剖面陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙頻段低剖面陣列天線。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代無線通信或雷達(dá)等電子工程經(jīng)常需要一幅陣列天線能在兩個(gè)頻段工作，這樣可以一幅天線具有兩幅天線的功能。同時(shí)具有高效率、低交叉極化、規(guī)則的方向圖等電氣性能和重量輕、剖面低、結(jié)構(gòu)緊湊的雙頻段天線更容易受到人們的青睞。具有上述性能的雙頻段陣列天線不但可以簡化系統(tǒng)組成，節(jié)約成本，提高系統(tǒng)的可靠性，還可以減小天線的安裝空間，便于偽裝等。目前一些新型的雙頻段陣列天線相繼被人們研制出來了并分別應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，這些雙頻段陣列天線大致可以歸納為1、利用弧形探針饋電的圓環(huán)輻射陣列單元和印刷偶極子陣列單元嵌套組成的雙頻段陣列天線，雖然該雙頻段陣列天線的剖面比較低，但受到該種陣列單元結(jié)構(gòu)形式的制約，該種陣列單元很難應(yīng)用到頻率較高的場合。其最高工作頻率達(dá)不到本說明書論述的雙頻陣列天線的最高工作頻率。2、由輻射貼片陣列單元和印刷縫隙(印刷在接地面上)陣列單元嵌套組成的雙頻段陣列天線，輻射貼片陣列單元工作在低頻段，印刷縫隙陣列單元工作在高頻段。但印刷縫隙陣列單元的工作頻帶過窄，達(dá)不到本說明書論述的雙頻段陣列天線的工作頻帶(相對帶寬13% )。同時(shí)由于該雙頻段陣列天線由兩層介質(zhì)板材組成，不具備低剖面、輕重量的天線結(jié)構(gòu)。雖然將介質(zhì)板材換成泡沫塑料可以減輕天線的重量，但接地面上的輻射縫隙會(huì)在反方向產(chǎn)生不必要的輻射，導(dǎo)致陣列天線的增益下降，方向圖的前后比電平下降。3、利用雙極化微帶天線陣列單元嵌套組成的雙頻段陣列天線，但微帶天線陣列單元的工作頻帶過窄。4、利用加有寄生單元的介質(zhì)涂覆對稱偶極子作為陣列單元組成的雙頻段陣列天線，這種特殊形式的偶極子陣列單元可以在兩個(gè)頻段工作。通過在陣列單元后面加角形反射器，可以控制水平面方向圖的形狀。但由于角形反射板的存在，這種雙頻段陣列天線不具有低剖面、輕重量的天線結(jié)構(gòu)。5、利用寬頻帶“兔耳”寬帶輻射陣列單元組成的雙頻帶(多、寬頻帶)陣列天線， “兔耳”輻射陣列單元和其他寬帶輻射陣列單元相比雖然具有良好的交叉極化性能，但是其高度比較高，不能實(shí)現(xiàn)低剖面的天線結(jié)構(gòu)。6、利用Vivaldi縫隙寬帶輻射陣列單元組成的雙頻帶(多、寬頻帶)陣列天線，為了實(shí)現(xiàn)雙頻帶(多、寬頻帶)陣列天線，可以將多個(gè)不同尺寸的陣列單元(分別對應(yīng)不同的頻段)進(jìn)行嵌套放置，并采用多層反射板結(jié)構(gòu)，這樣避免了方向圖出現(xiàn)柵瓣甚至惡化。但這種陣列天線高度較高，不能實(shí)現(xiàn)低剖面的陣列天線結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的實(shí)際問題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種雙頻段低剖面陣列天線，可有效降低兩個(gè)頻段陣列天線的相互影響。本發(fā)明雙頻段低剖面陣列天線，包括低頻段陣列天線、高頻段陣列天線；其特征是所述高頻段陣列天線與低頻段陣列天線上下嵌套；所述低頻段陣列天線的陣列單元采用貼片輻射單元，采用并列饋電方式；高頻段陣列天線的陣列單元采用雙線平衡饋電的印刷偶極子天線，并用印刷Balim實(shí)現(xiàn)不平衡-平衡轉(zhuǎn)換；高頻段陣列天線采用并饋和串饋融合的混合饋電方式。本發(fā)明，低頻段陣列天線的陣列單元采用貼片輻射單元，高頻段陣列天線的陣列單元采用雙線平衡饋電的寬帶印刷偶極子天線，采用將兩者上下錯(cuò)開嵌套放置的方法實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)頻段的陣列單元共口面，結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，減小了兩個(gè)頻段陣列天線的相互影響； 高頻段陣列天線采用混合饋電技術(shù)，進(jìn)一步降低了兩個(gè)頻段陣列天線的相互影響。印刷式陣列單元不僅具有低剖面的天線結(jié)構(gòu)，同時(shí)也易于與微波電路集成，且加工一致性好，寄生效應(yīng)小，可以使天線工作在更高的頻段。由于每個(gè)頻段用各自的陣列單元而不是采用雙頻 (多頻段或?qū)掝l帶)陣列單元工作，解決了雙頻段(多頻段或?qū)掝l帶)陣列單元交叉極化低下、饋電結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輻射效率低下、頻道隔離低下等問題。利用優(yōu)化后的陣列單元形式并進(jìn)行饋電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)合理配置陣列天線的陣列單元間距可以減小兩個(gè)陣列天線之間的相互影響，保證天線具有規(guī)則的方向圖；在該雙頻段陣列天線中采用了易于進(jìn)行功率控制的印刷式饋電網(wǎng)絡(luò)，這樣方便對每個(gè)頻段的陣列天線進(jìn)行波束賦形處理。


圖1是本發(fā)明的雙頻段陣列天線的側(cè)視圖。1是低頻段陣列天線的介質(zhì)板材，2是接地面，3是低頻段陣列天線的微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)，4是低頻段陣列天線的貼片輻射單元，5是饋電探針，6是高頻段陣列天線的介質(zhì)板材，7是高頻段陣列天線的陣列單元及印刷式饋電網(wǎng)絡(luò)。圖2是本發(fā)明的高頻段陣列天線的俯視圖，8是高頻段陣列天線的印刷式饋電網(wǎng)絡(luò)，9是高頻段陣列天線的陣列單元(即寬帶印刷偶極子)，10是高頻段陣列天線的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器(Balun)。圖3是本發(fā)明的低頻段陣列天線的俯視圖，11是低頻段陣列天線的微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)，12是低頻段陣列天線的陣列單元(即貼片輻射單元)。圖4是測試的雙頻段陣列天線的駐波比圖，(a)是高頻段陣列天線的駐波比圖， (b)是低頻段陣列天線的駐波比圖。圖5是陣列天線在5800MHz的輻射方向圖。圖6是陣列天線在MOOMHz的輻射方向圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做詳細(xì)說明。由圖1、圖2、圖3，本雙頻段低剖面陣列天線，第1層是低頻段陣列天線的介質(zhì)板材，該介質(zhì)板材的下表面是接地面，上表面是低頻段陣列天線的微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)。第2層是低頻段的貼片輻射單元。貼片輻射單元與微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)之間通過饋電探針連接，饋電探針沿貼片輻射單元的長度方向偏離貼片輻射單元的中心。第3層是高頻段陣列天線的介質(zhì)
4板材，高頻段陣列天線的陣列單元及印刷饋電網(wǎng)絡(luò)分別印刷在高頻段陣列天線介質(zhì)板材的上下表面。下面再詳細(xì)論述每部分的設(shè)計(jì)考慮及優(yōu)點(diǎn)。1.高頻段考慮到高頻段的工作頻率較高，應(yīng)該選用損耗正切角相對較小的介質(zhì)板材來減小介質(zhì)損耗。同時(shí)需要選用介質(zhì)板材厚度較薄的板材來保證輻射偶極子兩臂反相及減少表面波損耗。由于高頻段陣列天線的陣列單元及印刷饋電網(wǎng)絡(luò)都處在低頻段陣列天線的上部，必須盡量減小高頻段陣列天線對低頻段陣列單元的影響。簡化陣列單元及饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是減小高頻段陣列天線對低頻段陣列天線影響需要考慮的措施之一。并饋方法雖然可以獲得對稱的輻射方向圖，且方便進(jìn)行方向圖的控制，但在頻率較高時(shí)，其復(fù)雜的饋電結(jié)構(gòu)及過長的傳輸線將導(dǎo)致傳輸損耗過大。串饋方法具有簡單的物理結(jié)構(gòu)，可使饋線對低頻段陣列單元的影響降到最低，但頻率偏離中心頻率時(shí)，隨著陣列單元數(shù)目的增加，陣列天線的輻射方向圖的交叉極化電平及副瓣電平都會(huì)增加，甚至出現(xiàn)波瓣分裂的現(xiàn)象。所以選用融合并饋及串饋技術(shù)的混合饋電方法。陣列單元選用采用雙線平衡饋電的印刷偶極子天線，通過加粗印刷偶極子天線的寬度可以拓寬陣列單元的阻抗帶寬。為了對天線的輻射方向圖進(jìn)行賦形，利用四分之一波長轉(zhuǎn)換，結(jié)合傳輸線理論可以進(jìn)行每個(gè)陣列單元的功率分配，實(shí)現(xiàn)陣列天線的波束賦形設(shè)計(jì)。2.低頻段考慮到低頻段陣列天線的工作頻率較低，可以選用成本相對低廉的環(huán)氧板材。由于低頻段陣列天線的陣列單元處在高頻段陣列天線的陣列單元的下面，高頻段陣列單元對其具有反射、寄生等作用。低頻段陣列單元與高頻段陣列單元的間距及低頻段陣列單元的寬度、長度等對兩者的相互影響具有關(guān)鍵的作用、但陣列單元的寬度、長度又決定低頻段陣列單元的諧振頻率。因此必須在這些性能之間進(jìn)行優(yōu)化處理。由于其微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)印刷在接地面反面，對高頻段陣列天線的陣列單元影響不大，為了方便進(jìn)行天線輻射方向圖的賦形，選用了并饋技術(shù)。
實(shí)施例以應(yīng)用在無線局域網(wǎng)的雙頻段陣列天線為例，低頻段要覆蓋IEEE 802. llb(2400-2483MHz)頻段，高頻段要覆蓋 IEEE 802. lla(5150-5850MHz)頻段。則高頻段如圖1、2所示，高頻段陣列天線由64(8X8)個(gè)寬帶印刷偶極子組成，板材選用介電常數(shù)ε, = 2. 2，厚度為0.78mm的Tef Ion板材。為保證級(jí)聯(lián)相鄰陣列單元及級(jí)聯(lián)子陣同相，級(jí)聯(lián)相鄰陣列單元間距或級(jí)聯(lián)相鄰子陣列間距設(shè)計(jì)為中心頻率的一個(gè)波長。為了實(shí)現(xiàn)輸入端口的信號(hào)平衡傳輸?shù)疥嚵袉卧鐖D2所示，在信號(hào)輸入端口和微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)之間加了一個(gè)印刷式曲線漸變的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器(Balim)。陣列單元離接地面高度10mm， 這樣不但可以獲的良好的阻抗特性，也可以獲得低剖面的陣列天線結(jié)構(gòu)。圖4(a)為其測試的駐波比曲線，從中看出，該陣列天線的相對阻抗帶寬達(dá)到13%。圖5為其中一個(gè)頻率點(diǎn) (5800MHz)的輻射方向圖，從其副瓣電平、交叉極化電平、零深電平、獨(dú)立陣列天線(不考慮低頻段陣列天線)和雙頻段陣列天線(考慮低頻段陣列天線)對比結(jié)果可以看出，低頻段陣列天線對高頻段陣列天線的影響基本可以忽略。低頻段
如圖1、3所示，低頻段陣列天線由160X4)個(gè)貼片輻射單元組成，板材選用介電常數(shù)ε, = 4. 4，厚度為1.0mm的FR4板材。貼片輻射單元離接地面高度6mm，饋電探針的一端在沿貼片輻射單元長度方向偏離貼片輻射單元中心線6mm的地方與貼片輻射單元連接， 另一端與微帶線饋電網(wǎng)絡(luò)相連接。相鄰陣列單元間距是高頻段相鄰陣列單元間距的2倍。 考慮到陣列單元的阻抗特性及兩個(gè)頻段陣列天線之間的相互影響，陣列單元的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)為長度X寬度=12X54mm。圖4(b)為其測試的駐波比曲線，從中看出，在帶寬之內(nèi)該陣列天線滿足阻抗特性。圖6為其中一個(gè)頻率點(diǎn)0400MHz)的輻射方向圖，從其副瓣電平、交叉極化電平、零深電平、獨(dú)立陣列天線(不考慮低頻段陣列天線)和雙頻段陣列天線(考慮低頻段陣列天線)對比結(jié)果可以看出，雖然高頻段陣列天線對其的影響比其對高頻段陣列天線的影響要大，但由于高頻段陣列天線結(jié)構(gòu)簡單，其對低頻段陣列天線的影響降到了最低，低頻段陣列天線的方向圖沒有惡化。說明了該陣列天線設(shè)計(jì)的有效性。
權(quán)利要求
1. 一種雙頻段低剖面陣列天線，包括低頻段陣列天線、高頻段陣列天線；其特征是所述高頻段陣列天線與低頻段陣列天線上下嵌套；所述低頻段陣列天線的陣列單元采用貼片輻射單元，采用并列饋電方式；高頻段陣列天線的陣列單元采用雙線平衡饋電的印刷偶極子天線，并用印刷Balim實(shí)現(xiàn)不平衡-平衡轉(zhuǎn)換；高頻段陣列天線采用并饋和串饋融合的混合饋電方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙頻段低剖面陣列天線，包括低頻段陣列天線、高頻段陣列天線；其特征是所述高頻段陣列天線與低頻段陣列天線上下嵌套；所述低頻段陣列天線的陣列單元采用貼片輻射單元，采用并列饋電方式；高頻段陣列天線的陣列單元采用雙線平衡饋電的印刷偶極子天線，并用印刷Balun實(shí)現(xiàn)不平衡-平衡轉(zhuǎn)換；高頻段陣列天線采用并饋和串饋融合的混合饋電方式。本發(fā)明兩個(gè)頻段陣列單元共口面，結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小，減小了兩個(gè)頻段陣列的相互影響。解決了雙頻(多頻或?qū)掝l帶)陣列單元交叉極化低下、饋電結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輻射效率低下、頻道隔離低下等問題。饋電網(wǎng)絡(luò)采用印刷式饋電網(wǎng)絡(luò)，便于進(jìn)行輻射方向圖的賦形。
文檔編號(hào)H01Q21/30GK102163768SQ20111007313
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者何山紅, 彭文峰 申請人:星動(dòng)通訊科技(蘇州)有限公司