本實用新型涉及射頻天線技術領域，特別是涉及一種緊湊型定向陣列天線。

背景技術：

微多普勒效應在自然界、人類和動植物是普遍的現(xiàn)象，微多普勒效應傳感器的成功研制，將在監(jiān)控、醫(yī)療、應急救災、生物等領域具有廣泛的應用前景，因此對于微多普勒效應傳感器的研究具有重要的理論和實際意義。

陣列天線，作為微多普勒效應傳感器的關鍵組成部分，其輻射方向必須為定向輻射，此外，考慮到傳感器的集成，所設計陣列天線需要實現(xiàn)低剖面、小型化。而傳統(tǒng)陣列天線的體積大，不利于集成，且其輻射方向垂直于陣列平面，不適用于微多普勒效應傳感器斜向上輻射的應用場合。

由此可見，如何實現(xiàn)陣列天線的小型化以及定向輻射，從而滿足與微多普勒效應傳感器的集成是本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種緊湊型定向陣列天線，用于實現(xiàn)陣列天線的小型化以及定向輻射，從而滿足與微多普勒效應傳感器的集成。

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種緊湊型定向陣列天線，包括PCB板、設置在所述PCB板正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡、以及設置在所述PCB板背面的射頻信號地板；

所述天線陣列包括4ⁿ個天線陣元且中心對稱，各所述天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，各所述天線陣元的射頻信號輸入端口與所述饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口對應連接；

所述射頻信號地板上設置有饋電連接槽，與所述饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口形成同軸饋電，n為正整數(shù)。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口的輸出功率和相位均相同。

優(yōu)選地，n為1。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡包括第一微帶線、第一T型功分器、第二微帶線，波長變換器，第三微帶線、第二T型功分器和第四微帶線；

其中，所述第一微帶線設置于所述饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口處，所述第一微帶線的一端與所述第一T型功分器的第一端連接，所述第一T型功分器的第二端和第三端均依次連接所述第二微帶線、所述波長變換器、所述第三微帶線、所述第二T型功分器，所述第二T型功分器的兩端均連接所述第四微帶線，所述第四微帶線的末端作為所述饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸出端口與所述天線陣元的射頻信號輸入端口連接。

優(yōu)選地，所述E型嵌入饋電式貼片天線的輸入阻抗為100Ω。

優(yōu)選地，所述第一微帶線和所述第三微帶線的輸入阻抗為50Ω，所述第二微帶線和所述第四微帶線的輸入阻抗為100Ω。

優(yōu)選地，所述波長變換器為70.71Ω四分之一波長變換器。

優(yōu)選地，所述PCB板為單層雙面矩形，相對介電常數(shù)為4.4，正切損耗為0.02，厚度為1mm。

優(yōu)選地，所述射頻信號地板和所述天線陣列均為覆銅板，所述覆銅板的厚度為35μm。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口為挖空的圓柱體，所述饋電連接槽為圓形槽。本實用新型所提供的緊湊型定向陣列天線，

本實用新型提供的緊湊型定向陣列天線，包括PCB板、設置在PCB板正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡、以及設置在PCB板背面的射頻信號地板；天線陣列包括4ⁿ個天線陣元且中心對稱，各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，各天線陣元的射頻信號輸入端口與饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口對應連

接；射頻信號地板上設置有饋電連接槽，與饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口形成同軸饋電，n為正整數(shù)。由此可見，本實用新型提供的陣列天線中由于天線陣列中心對稱，且各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，通過調節(jié)饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口的輸出功率和相位，使得陣列天線能夠產生定向射頻信號，另外充分利用了貼片天線固有的優(yōu)勢實現(xiàn)了緊湊型低剖面的目的，能夠滿足多普勒效應傳感器的實際需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例，下面將對實施例中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的結構圖；

圖2為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的正面結構圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的背面結構圖；

圖4為本實用新型實施例提供的一種天線陣元的結構圖；

圖5為本實用新型實施例提供的一種饋電網(wǎng)絡的結構圖；

圖6為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的回波損耗圖；

圖7為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的xz和yz截面上的增益方向圖；

附圖標記如下：1為PCB板，4為射頻信號地板，5為天線陣元，6為饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口，7為第一微帶線、8為第二微帶線，9為波長變換器，10為第三微帶線，11為第四微帶線，12為天線陣元的射頻信號輸入端口，13為第一T型功分器，14為第二T型功分器，15為饋電連接槽。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下，所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護范圍。

本實用新型的核心是提供一種緊湊型定向陣列天線，用于實現(xiàn)陣列天線的小型化以及定向輻射，從而滿足與微多普勒效應傳感器的集成。

為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的結構圖。圖2為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的正面結構圖。圖3為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的背面結構圖。緊湊型定向陣列天線包括PCB板1、設置在PCB板1正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡、以及設置在PCB板1背面的射頻信號地板4。

天線陣列包括4ⁿ個天線陣元5且中心對稱，各天線陣元5為E型嵌入饋電式貼片天線，各天線陣元5的射頻信號輸入端口12與饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口對應連接；

射頻信號地板4上設置有饋電連接槽15，與饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口6形成同軸饋電，n為正整數(shù)。

可以理解的是，上述圖示中，取n為1，即天線陣列包括4個天線陣元5，上述圖示只是一種具體實施方式，并不代表只有這一種。

在具體實施中，矩形單層雙面PCB板1可以選用FR4_epoxy微波材料，相對介電常數(shù)為4.4，正切損耗為0.02，厚度為1mm，PCB板1可以為矩形，矩形的長度L和寬度W可以根據(jù)實際情況設定。在一種具體實施例中，L為48.4mm，W為63mm。相對于現(xiàn)有陣列天線的長寬至少為一百多毫米，因此，本實用新型提供的天線的尺寸大大減小，實現(xiàn)了陣列天線的緊湊性、小型化設計；陣列天線的高度為1mm，使得該天線陣列具有極低剖面，利于微多普勒效應傳感器的集成。

在一種具體實施方式中，射頻信號地板4和天線陣列均為覆銅板，覆銅板的厚度為35μm。饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口6為挖空的圓柱體，饋電連接槽15為圓形槽，為該陣列天線提供激勵。具體的，R1為0.6mm，R2為2.1mm。

本實施例提供的緊湊型定向陣列天線，包括PCB板、設置在PCB板正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡、以及設置在PCB板背面的射頻信號地板；天線陣列包括4ⁿ個天線陣元且中心對稱，各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，各天線陣元的射頻信號輸入端口與饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口對應連接；射頻信號地板上設置有饋電連接槽，與饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口形成同軸饋電，n為正整數(shù)。由此可見，本實用新型提供的陣列天線中由于天線陣列中心對稱，且各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，通過調節(jié)饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口的輸出功率和相位，使得陣列天線能夠產生定向射頻信號，另外充分利用了貼片天線固有的優(yōu)勢實現(xiàn)了緊湊型低剖面的目的，能夠滿足多普勒效應傳感器的實際需求。

圖4為本實用新型實施例提供的一種天線陣元的結構圖。作為一種優(yōu)選的實施方式，如圖4所示，各天線陣元5為E型嵌入饋電式貼片天線，長度Lp為11.84mm，寬度Wp為15mm，微帶線(后文中的第四微帶線)的寬度Wo為0.42mm，饋電嵌入槽的長度Lin為2mm，寬度Win為1.5mm，其與E型槽的間距d為1.8mm，E型槽的具體尺寸，La為12mm，Lb為6.8mm，Lc為4.6mm，Wa為1.8mm，Wb為1.5mm，Wc為1.24mm。在具體實施中，如果天線陣元5的輸入阻抗為50Ω，則選用50Ω微帶線進行饋電。天線工作的中心頻率由天線陣元5的長度、寬度及E型槽的尺寸決定，因此具體的尺寸需要根據(jù)實際情況設定，本實施例不再贅述。

在上述實施例的基礎上，作為一種優(yōu)選的實施方式，饋電網(wǎng)絡的各射頻信號輸出端口的輸出功率和相位均相同。

如果射頻信號輸出端口的輸出功率和相位均相同，則可以滿足射頻信號的最大輻射方向呈30度?？梢岳斫獾氖?，如果調整各輸出端口的輸出功率和相位可以實現(xiàn)射頻信號在不同角度的調節(jié)，本實施例不再贅述。

如圖2所示，各射頻信號輸出端口的輸出功率和相位均相同的一種具體實施方式為：饋電網(wǎng)絡包括第一微帶線7、第一T型功分器13、第二微帶線8，波長變換器9，第三微帶線10、第二T型功分器14和第四微帶線11；

其中，第一微帶線7設置于射頻信號輸入端口6處，第一微帶線7的一端與第一T型功分器13的第一端連接，第一T型功分器13的第二端和第三端均依次連接第二微帶線8、波長變換器9、第三微帶線10、第二T型功分器14，第二T型功分器14的兩端均連接第四微帶線11，第四微帶線11的末端作為射頻信號輸出端口與天線陣元的射頻信號輸入端口連接。

需要說明的是，為了圖示清楚起見，圖2中并不是對每個部件都進行的標號，相同的部件可能指標了一次，具體請于文字結合。

圖5為本實用新型實施例提供的一種饋電網(wǎng)絡的結構圖。如圖5所示，在一種具體實施方式中，饋電網(wǎng)絡的具體尺寸如下：L1為3mm，W1為1.92mm，L2為2mm，W2為0.42mm，L3為5mm，W3為0.99mm，L4為2.15mm，W4為1.92mm，L5為5mm，L6為8mm，L7為1mm，W7為0.42mm，L8為5mm，L9為2mm，L10為1mm，W10為mm，R3為1mm。。為了圖示清楚起見，圖5中只對饋電網(wǎng)絡中的第一微帶線7進行了標號，其它部件的對應關系請參見圖2.

作為優(yōu)選的實施方式，E型嵌入饋電式貼片天線的輸入阻抗為100Ω。

作為優(yōu)選的實施方式，第一微帶線7和第三微帶線10的輸入阻抗為50Ω，第二微帶線8和第四微帶線11的輸入阻抗為100Ω。

作為優(yōu)選的實施方式，波長變換器9為70.71Ω四分之一波長變換器。

饋電網(wǎng)絡的射頻輸入端口6是天線陣列的射頻輸入和測試端口，作為安裝SMA使用，選用的產品型號可為Gwave SMA-KHD9A。

導波波長的計算公式為：其中，λ_g是導波波長，c為光速，f為工作頻率，ε₆為有效介電常數(shù)。λ_g/4是70.71Ω四分之一波長變換器9的長度。

由于微帶線的寬度和阻抗成反比，不同的寬度對應的阻抗也不同?？梢岳斫獾氖牵绻麤]有特殊說明，微帶線的長度和形狀是可以靈活調整的，例如，100Ω第二微帶線8是直線型，寬度為0.42mm，而100Ω第四微帶線11為彎曲型，寬度也為0.42mm。另外，在具體實施中，可以根據(jù)實際需求設定陣列天線的尺寸，例如設定天線陣元的尺寸以使得天線能夠滿足各種頻段的要求，例如C頻段，本實施例不再贅述。

為了讓本領域技術人員更加清楚本實用新型提供的緊湊型定向陣列天線，下文中將給出該天線的具體工作過程。射頻信號地板4的饋電連接槽15與饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口6用于射頻SMA接頭的安裝，其中SMA接頭的內金屬穿過饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口6(饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口6是一個過孔)與正面的饋電網(wǎng)絡焊接在一起，SMA接頭的外金屬與地板(饋電連接槽15外的金屬部分)焊接在一起，從而形成同軸饋電；射頻信號通過SMA接頭輸入饋電網(wǎng)絡，饋電網(wǎng)絡將該輸入信號進行四等分(由于饋電網(wǎng)絡的射頻信號輸入端口6到各天線陣元5的微帶線長度相等，所以饋電網(wǎng)絡的4個射頻信號輸出端口相位相等且由T型功分器的特性可知饋電網(wǎng)絡的4個射頻信號輸出端口的功率相等)，并輸入到四個天線陣元5，天線陣元5再將射頻信號向空中輻射出去，最終4個陣元輻射的電磁波在遠場中實現(xiàn)耦合，從而形成定向輻射。具體的定向輻射角度主要由饋電網(wǎng)絡的4個射頻信號輸出端口的輸出功率和相位決定。

為了驗證本實用新型所提供的緊湊型定向陣列天線的有效性，進行了仿真。

圖6為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的回波損耗圖。如圖6所示，該天線的工作中心頻率為5.8GHz，工作頻帶為5.71GHz–5.9GHz，絕對帶寬達到190MHz，且在5.8GHz處的回波損耗為-31.9dB，滿足微多普勒效應傳感器的要求。

圖7為本實用新型實施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的xz和yz截面上的增益方向圖。如圖7所示，實線對應xz平面，虛線對應yz平面。xz和yz截面上的增益方向圖表明該陣列天線在θ＝±30°方向的輻射最強，最大后瓣小于-10dB，由這些數(shù)據(jù)可知，所設計陣列天線具有良好的定向輻射性能。

以上對本實用新型所提供的緊湊型定向陣列天線進行了詳細介紹。說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。