專利名稱：無間隙的加載覆層低剖面高增益天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無間隙的加載覆層低剖面高增益天線， 可用于航天、通信等各種低功率輻射和接收系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)微帶天線增益較低，因此通常采用單元陣列的方法來提高增益，這不僅需要設(shè)計復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，而且還要解決影響天線陣列整體性能的互耦問題。為此，Giswalt Von Trentini在1956年提出了在天線地板正上方位置處，放置一個與地板平行的具有部分反射性能的覆層，使之與天線接地板構(gòu)成一個F-P諧振腔，當(dāng)覆層與天線接地板間距符合諧振高度時，電磁波透過覆層后能夠同相疊加，從而提高了天線增益(Partially reflecting sheet arrays, IRE Trans. Antennas Propagat.，vol.4，October 1956, 666-671)。然而，這種覆層距天線間隙太大，高達半個波長，間隙過大造成整個天線與覆層系統(tǒng)體積過大，給其在實際中的應(yīng)用帶來不便。為了降低覆層與天線之間間隙，2006 年A. Ourir等人將人工磁導(dǎo)體分別貼在天線地板和覆層表面，改變了天線地板和覆層的反射特性，從而降低覆層距天線之間的諧振高度，將覆層與天線間隙降至六十分之一波長 (Optimization of metamaterial based subwavelength cavities for ultracompact directive antennas，Microwave and Optical Technology Letters，vol.48, No. 12， December 2006，2573-2577)。雖然，利用人工磁導(dǎo)體能適當(dāng)降低覆層距天線的間隙，但是覆層距天線表面依然存在較高的高度，整個覆層與天線系統(tǒng)仍然具有較大尺寸，造成在實際操作中覆層與天線高度不易控制，整個天線與覆層系統(tǒng)不易實現(xiàn)固定，甚至?xí)?dǎo)致增益特性的惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有覆層與天線之間高度太大的問題，提供一種無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，以減小天線體積，實現(xiàn)整個天線與覆層系統(tǒng)的可靠固定，提高天線增益。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括微帶天線和覆層，覆層放置于微帶天線正上方，微帶天線包括，微帶天線介質(zhì)基板2和饋源4，微帶天線介質(zhì)基板2的下表面為銅質(zhì)地板1，上表面為刻蝕形成的銅箔輻射貼片3，其中覆層包括覆層介質(zhì)基板5和金屬網(wǎng)格6，該覆層介質(zhì)基板5采用厚度為2. 2 2. 7mm的羅杰斯R03010板，金屬網(wǎng)格6為列間距為3. 8 4. 2mm，線寬為1. 1 1. 5mm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列結(jié)構(gòu)，該周期性金屬網(wǎng)柵陣列位于覆層介質(zhì)基板5的上表面；微帶天線介質(zhì)基板2的上表面與覆層介質(zhì)基板5的下表面緊貼粘接。所述的銅箔輻射貼片3為矩形結(jié)構(gòu)。所述的饋源4為50歐姆同軸接頭，其內(nèi)徑與銅箔輻射貼片3相接觸，外徑與銅質(zhì)地板1相連接。所述的微帶天線介質(zhì)基板2上刻有與饋源4內(nèi)徑相同的過孔7。
所述的銅質(zhì)地板1的表面刻有與饋源4外徑相同的圓形挖孔8。所述的覆層介質(zhì)基板5與微帶天線介質(zhì)基板2為長度和寬度相同。本發(fā)明由于采用了具有高介電常數(shù)厚度為2. 2 2. 7mm的羅杰斯R03010板和列間距為3. 8 4. 2mm，線寬為1. 1 1. 5mm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列，使二者構(gòu)成的覆層在特定的頻段處具有高反射系數(shù)，負反射相位的特點，根據(jù)F-P諧振腔提高天線增益的諧振高度條件，覆層的這種特性可以使覆層下表面與微帶天線上表面實現(xiàn)緊貼，同時由于覆層下表面與微帶天線上表面緊貼，使得整個覆層和微帶天線系統(tǒng)的高度大大降低，有效減小了整個覆層和微帶天線系統(tǒng)的體積，并且使覆層和微帶天線容易實現(xiàn)固定，從而使整個覆層和微帶天線系統(tǒng)具有零間隙低剖面高增益易固定的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的側(cè)視剖面圖；圖3是本發(fā)明的微帶天線結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明覆層的反射相位和反射系數(shù)仿真圖；圖5是本發(fā)明增益方向圖的仿真結(jié)果。
具體實施例方式參照圖1，本發(fā)明無間隙的加載覆層低剖面高增益天線主要由微帶天線和覆層組成。其中微帶天線的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括微帶天線介質(zhì)基板2和饋源4，微帶天線介質(zhì)基板2的下表面為銅質(zhì)地板1。銅質(zhì)地板1表面在饋源位置處刻有與饋源4外徑相同的圓形挖孔8，如圖2所示。微帶天線介質(zhì)基板2的上表面中心位置為刻蝕形成的矩形銅箔輻射貼片3，微帶天線介質(zhì)基板2在該銅箔輻射貼片3的邊緣位置處刻有與饋源4內(nèi)徑相同的過孔7。饋源4為50歐姆同軸接頭，其內(nèi)徑緊貼微帶天線介質(zhì)基板2的過孔7與銅箔輻射貼片3相接觸，外徑與銅質(zhì)地板1相接觸。覆層包括覆層介質(zhì)基板5和金屬網(wǎng)格6，金屬網(wǎng)格6位于覆層介質(zhì)基板5的的上表面。該金屬網(wǎng)格6采用列間距為3. 8 4. 2mm，線寬為1. 1 1. 5mm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列結(jié)構(gòu)。該覆層介質(zhì)基板5采用厚度為2. 2 2. 7mm,長度和寬度與微帶天線介質(zhì)基板2 相同的羅杰斯R03010板，其下表面不刻蝕任何結(jié)構(gòu)。整個覆層放置于微帶天線的正上方，且使覆層介質(zhì)基5的下表面與微帶天線介質(zhì)基板2的上表面緊貼粘接。實施例1取尺寸為60X60X 1. 5mm的聚四氟乙烯纖維雙面覆銅板作為微帶天線介質(zhì)基板 2，在距覆銅板中心1.4mm處鉆孔，將該位置設(shè)置為饋點中心，在覆銅板的一個表面的饋點位置處刻制與饋源4外徑相同的圓形挖孔8，并在覆銅板的另一表面的中心位置刻蝕尺寸為3. 3X3. 3mm的銅箔輻射貼片3，饋源4采用50歐姆同軸接頭，其內(nèi)部探針穿過覆銅板的鉆孔與銅箔輻射貼片3相焊接，其外部與銅質(zhì)地板1相焊接。取尺寸為60X60X2. 7mm的羅杰斯R03010單面覆銅板作為覆層介質(zhì)基板5，在其覆銅表面刻蝕列間距為3. 8mm，線寬為1. Imm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列結(jié)構(gòu)。將微帶天線介質(zhì)基板2的上表面與覆層介質(zhì)基板5的下表面緊貼并通過粘接固定為一體。實施例2取尺寸為60X60X1. 5mm的聚四氟乙烯纖維雙面覆銅板作為微帶天線介質(zhì)基板 2，在距覆銅板中心1.4mm處鉆孔，將該位置設(shè)置為饋點中心，在覆銅板的一個表面的饋點位置處刻制與饋源4外徑相同的圓形挖孔8，并在覆銅板的另一表面的中心位置刻蝕尺寸為3. 3X3. 3mm的銅箔輻射貼片3，饋源4采用50歐姆同軸接頭，其內(nèi)部探針穿過覆銅板的鉆孔與銅箔輻射貼片3相焊接，其外部與銅質(zhì)地板1相焊接。取尺寸為60X60X2. 2mm的羅杰斯R03010單面覆銅板作為覆層介質(zhì)基板5，在其覆銅表面刻蝕列間距4. 2mm，線寬為1. 5mm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列結(jié)構(gòu)。將微帶天線介質(zhì)基板2的上表面與覆層介質(zhì)基板5的下表面緊貼并通過粘接固定為一體。實施例3取尺寸為60X60X 1. 5mm的聚四氟乙烯纖維雙面覆銅板作為微帶天線介質(zhì)基板 2，在距覆銅板中心1.4mm處鉆孔，將該位置設(shè)置為饋點中心，在覆銅板的一個表面的饋點位置處刻制與饋源4外徑相同的圓形挖孔8，并在覆銅板的另一表面的中心位置刻蝕尺寸為3. 3X3. 3mm的銅箔輻射貼片3，饋源4采用50歐姆同軸接頭，其內(nèi)部探針穿過覆銅板的鉆孔與銅箔輻射貼片3相焊接，其外部與銅質(zhì)地板1相焊接。取尺寸為60 X 60 X 2. 43mm的羅杰斯R03010單面覆銅板作為覆層介質(zhì)基板5，在其覆銅表面刻蝕列間距為4mm，線寬為1. 3mm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列結(jié)構(gòu)。將微帶天線介質(zhì)基板2的上表面與覆層介質(zhì)基板5的下表面緊貼并通過粘接固定為一體。本發(fā)明的效果通過以下仿真進一步說明仿真1，在實施例3中，通過HFSS軟件中周期邊界條件對覆層的反射相位和反射系數(shù)進行仿真，其結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，該覆層具有負反射相位，高反射系數(shù)的特點，該特點能夠?qū)崿F(xiàn)覆層與微帶天線之間的零間隙，并且實現(xiàn)覆層與微帶天線系統(tǒng)的高增益特性。仿真2，在實施例3中，通過HFSS軟件對整個覆層和微帶天線系統(tǒng)的增益方向圖進行仿真，其結(jié)果如圖5所示。由圖5可知該覆層與微帶天線系統(tǒng)在11. 86GHz處增益高達12. 2dB,實現(xiàn)了高增益的特性。
權(quán)利要求
1.一種無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，包括微帶天線和覆層，覆層放置于微帶天線正上方，微帶天線包括，微帶天線介質(zhì)基板(2)和饋源G)，微帶天線介質(zhì)基板O)的下表面為銅質(zhì)地板(1)，上表面為刻蝕形成的銅箔輻射貼片(3)；其特征在于覆層包括覆層介質(zhì)基板(5)和金屬網(wǎng)格(6)，該覆層介質(zhì)基板(5)采用厚度為2. 2 2. 7mm的羅杰斯 R03010板，金屬網(wǎng)格(6)為列間距為3. 8 4. 2mm，線寬為1. 1 1. 5mm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列結(jié)構(gòu)，該周期性金屬網(wǎng)柵陣列位于覆層介質(zhì)基板(5)的上表面；微帶天線介質(zhì)基板(2) 的上表面與覆層介質(zhì)基板(5)的下表面緊貼粘接。
2.如權(quán)利要求1所述的無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，其特征在于，銅箔輻射貼片(3)為矩形結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，其特征在于，饋源(4)為 50歐姆同軸接頭，其內(nèi)徑與銅箔輻射貼片(3)相接觸，外徑與銅質(zhì)地板⑴相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，其特征在于，微帶天線介質(zhì)基板⑵上刻有與饋源⑷內(nèi)徑相同的過孔(7)。
5.如權(quán)利要求1所述的無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，其特征在于，銅質(zhì)地板 (1)的表面刻有與饋源⑷外徑相同的圓形挖孔(8)。
6.如權(quán)利要求1所述的無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，其特征在于，覆層介質(zhì)基板( 與微帶天線介質(zhì)基板O)的長度和寬度相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無間隙的加載覆層低剖面高增益天線，主要解決傳統(tǒng)覆層和微帶天線系統(tǒng)尺寸大，高度不易控制及不易固定的缺陷。它包括微帶天線和覆層，該微帶天線包括，微帶天線介質(zhì)基板(2)和饋源(4)，微帶天線介質(zhì)基板(2)的下表面為銅質(zhì)地板(1)，上表面為刻蝕形成的銅箔輻射貼片(3)；覆層包括覆層介質(zhì)基板(5)和金屬網(wǎng)格(6)，該覆層介質(zhì)基板(5)采用厚度為2.2～2.7mm的羅杰斯RO3010板，金屬網(wǎng)格(6)為列間距為3.8～4.2mm，線寬為1.1～1.5mm的周期性金屬網(wǎng)柵陣列結(jié)構(gòu)，該周期性金屬網(wǎng)柵陣列位于覆層介質(zhì)基板的上表面；微帶天線介質(zhì)基板(2)的上表面與覆層介質(zhì)基板(5)的下表面緊貼粘接。本發(fā)明具有體積小、零間隙低剖面高增益且易于固定的優(yōu)點。
文檔編號H01Q1/48GK102255142SQ201110102859
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者李龍, 雷碩 申請人:西安電子科技大學(xué)