本發(fā)明屬于天線
技術領域：
，具體涉及可應用于毫米波雷達系統(tǒng)以及無線通信領域的一種串饋微帶陣列天線。
背景技術：
：天線作為通信系統(tǒng)中的一個重要的無線電設備，其性能的好壞將直接影響無線電設備的性能。隨著無線通信和雷達系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，對天線性能提出了重量輕、體積小、制作簡單、易共形、寬頻帶和成本低等性能要求。微帶天線正是因為滿足了上述要求，從而深受人們關注，近年來的應用也越來越廣泛。然而，微帶天線的單元增益一般為6dBi～8dBi，因此常用由微帶貼片單元組成的微帶陣列天線來獲得更大的增益或實現特定的方向性。陣列天線可以實現單個天線所無法實現的復雜功能，具備更大的靈活性和更高的信號容量，并能顯著提高系統(tǒng)的性能。目前傳統(tǒng)的微帶天線通常采用圓形或矩形貼片開槽等方式來提高定向性，但是增益低、損耗大及功率小的問題仍無法得到解決。是否能夠研發(fā)出一種具備高增益、低副瓣和小型化的新型陣列天線結構，從而實現整體天線構造的高集成性及小型化需求，為本領域技術人員近年來所亟待解決的技術難題。技術實現要素：本發(fā)明的其中一個目的為克服上述現有技術的不足，提供一種結構合理而實用的串饋微帶陣列天線，其兼具高增益、低副瓣和小型化的優(yōu)點，可有效實現整體天線構造的高集成性及小型化需求。為實現上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種串饋微帶陣列天線，本陣列天線包括介質板以及以微帶面形式貼附于介質板一側板面處的貼片陣列天線，介質板另一側板面處覆設金屬地；其特征在于：垂直介質板板面而在介質板中段處貫穿設置供同軸饋電探針穿過的饋電通孔；陣列貼片單元由兩組沿饋電通孔軸線軸對稱設置的貼片單元構成，每組貼片單元包括六片沿介質板長度方向依次間隔布置且按切比雪夫25dB幅度加權分布的的微帶貼片；同組貼片單元處的相鄰兩片微帶貼片之間間距等于二分之一個波長，且各相鄰兩片微帶貼片之間通過三角漸變線狀的阻抗匹配段連接彼此；以每組貼片單元的靠近饋電通孔所在側為內側，每組貼片單元處各阻抗匹配段的三角箭頭指向方向均平行貼片單元布置方向且指向最外側微帶貼片處；同軸饋電探針與其中一組貼片單元上的相對最接近的微帶貼片間直連，而與另一組貼片單元上的相對最接近的微帶貼片間通過180°移相器連接彼此。每組貼片單元的位于最外側的微帶貼片處設置金屬化短路孔。所述同一個微帶貼片上的金屬化短路孔為三個且依序間隔均布，該金屬化短路孔的布置方向與貼片單元布置方向彼此垂直。所述金屬化短路孔孔徑為0.5mm。本陣列天線還包括環(huán)繞饋電通孔而周向等距布置的四個金屬化通孔。所述介質板外形呈長方板狀，環(huán)繞介質板一圈金屬條；金屬條上垂直介質板而設置金屬化共地孔，各金屬化共地孔沿金屬條布置方向依次間隔均布。金屬條寬度為1.5mm；金屬化共地孔孔徑為0.6mm。所述微帶貼片為矩形貼片或U型貼片。介質板所用材質為Rogers4350板材，其介電常數為3.66，厚度為0.508mm。本發(fā)明的有益效果在于：1)、通過上述方案；一方面，本發(fā)明將微帶貼片采用串聯饋電的方式彼此連接，使得天線整體體積更小，損耗更低；另一方面，由于每組貼片單元均采用了切比雪夫25dB的幅度加權分布，使得天線得以可靠的實現其低副瓣的性能。此外的，由于采用了三角形漸變線狀的阻抗匹配段代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四分之一阻抗變換器來實現阻抗匹配，這也減小了阻抗變換器的不連續(xù)性帶來的反射波的影響，進一步提高了天線的性能。更具體而言，本發(fā)明通過采用十二個微帶貼片排列成線陣，十二個微帶貼片的尺寸根據電流幅度分配比確定其大小，且各個微帶貼片之間的間距約為1/2個介質波長，從而保證各貼片單元同相饋電。每個微帶貼片之間采用三角形漸變線狀的阻抗匹配段來實現阻抗匹配，可根據電流分布由饋電探針向左右兩側由強到弱；三角形的指向也由饋電兩側對稱指向外側處。此處的三角形漸變線狀，也即在自身呈現平面的三角狀的同時，該平面三角的兩側板面鼓出并形成弧面狀構造，且該弧面狀遵循了漸變線形分布。串饋微帶陣列天線采用同軸饋電探針的方式進行饋電，饋電點位于串饋陣列單元的中心位置，即饋電點左右各有一組貼片單元。為保證同軸饋電探針兩端電流方向的一致性，在同軸饋電探針輸出的一側加入了180°移相器，且整個串饋微帶陣列天線除饋電點一側加入了180°移相器以外，左右完全對稱，這樣可以減小它的輻射影響，從而進一步提升兩側的各組貼片單元的輻射方向圖的一致性。2)、饋電點周圍有四個金屬化通孔，可有效的加強同軸饋電探針的共地效果。同時，各組貼片單元的最外側的微帶貼片上各有三個金屬化短路孔，使天線的阻抗匹配更好。介質板外周設置的一圈金屬條，每一條上都布有金屬化共地孔，其目的是減小貼片單元之間的互耦影響，尤其是在多列微帶陣列的天線中效果更為明顯。附圖說明圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是本發(fā)明的右視圖；圖3是本發(fā)明的測試件的電壓駐波比測試圖；圖4是本發(fā)明的測試件的方位面及俯仰面增益測試圖。附圖中各標號與本發(fā)明的各部件名稱對應關系如下：a-微帶面10-介質板20-金屬地30-同軸饋電探針40-微帶貼片50-阻抗匹配段60-180°移相器70-金屬化短路孔80-金屬化通孔90-金屬條91-金屬化共地孔具體實施方式為便于理解，此處以3D交通管理雷達系統(tǒng)的串饋微帶陣列貼片天線為例，結合附圖對本發(fā)明的具體實施結構及工作流程作以下描述：參照圖1所示，該串饋微帶陣列天線包括十二個不同大小的微帶貼片40、一根同軸饋電探針30、一組180°移相器60、十組三角形漸變線狀的阻抗匹配段50以及布置于陣列天線周圍一圈的金屬條90。其中尺寸不同的各微帶貼片40通過不同大小的三角形漸變線狀的阻抗匹配段50進行連接，每個相鄰微帶貼片40之間的距離約為二分之一個波長；而在本實施例中的各相鄰微帶貼片40之間的距離為6.5mm。十二個微帶貼片40和三角形漸變線狀的阻抗匹配段50在同軸饋電探針30兩側對稱分布，最末兩個微帶貼片40上各帶有三個直徑為0.5mm的金屬化短路孔70。在圖1中，180°移相器60位于同軸饋電探針30的右側，該移相器60的一端連接同軸饋電探針30處的微帶線，另一端連接相應貼片單元處的微帶貼片40。同軸饋電探針30的直徑為0.3mm，其周圍分布有四個直徑為0.5mm的金屬化通孔80。整個串饋微帶陣列天線周圍有一圈金屬條90，其寬度為1.5mm，在金屬條90上布有大量的金屬化通孔80，起到了充分共地的作用。圖2中可以看出微帶面a、介質板10及金屬地20之間的具體布置位置，整個串饋微帶陣列天線作為微帶面a而布置于介質板10一側板面處，介質板10的另一側為金屬地20。微帶貼片40可以看作一個場量在橫向沒有變化的傳輸線諧振器，場僅延微帶貼片40長度方向變化。在如圖1所示的選用矩形微帶貼片時，微帶貼片40長度L通常為半波長，輻射主要有間距L的兩個開路端縫隙場產生。為便于進一步理解，如圖1所示，通過以a1-a6分別代表不同尺寸的六個微帶貼片40，其歸一化電流幅度分布具體為：Ia1:Ia2:Ia3:Ia4:Ia5:Ia6＝1:0.93:0.80:0.64:0.47:0.42a1-a6所對應的不同微帶貼片40的尺寸如下表1所示：以矩形微帶貼片的垂直介質板10長度方向為微帶貼片40的長度方向，以矩形微帶貼片的平行介質板10長度方向為微帶貼片40的寬度方向；下表中W代表微帶貼片40的寬度，L代表微帶貼片40的長度，單位均為毫米。表1微帶貼片WLa13.193.757a23.173.554a33.173.357a43.173.152a53.172a61.563本發(fā)明的效果可以通過以下實驗測試進一步說明。為表明工作性能，此處可采用以上結構及數據制作測試件，進行以下測試操作：測試環(huán)境：微波調試室；測試設備：矢量網絡分析儀；對測試件的同軸饋電探針30的電壓駐波比進行測試，測試結果如圖3所示：從圖3中可以看出在24～24.3GHz頻段范圍內，該微帶陣列天線駐波＜1.25，實現了較好的阻抗匹配特性。對測試件在工作頻段24～24.3GHz內的方位面和俯仰面增益進行測試，測試結果如圖4所示：從圖4可以看出，天線最大增益為16dB左右，副瓣小于23dB，滿足天線設計要求，顯然在很好的實現了高增益、低副瓣的性能指標的同時，實現了天線的小型化設計。當前第1頁1 2 3