宽带宽角圆极化堆叠微带天线制造技术

本发明专利技术公开的一种宽带宽角圆极化堆叠微带天线，旨在提供一种低轮廓，具有较宽的轴比和阻抗带宽，良好的宽角轴比特性的微带天线。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在覆盖层介质板(1)下方依附有作为寄生辐射器的上层矩形微带金属贴片(9)，底层介质板(5)上方贴有作为驱动辐射器的下层矩形微带金属微带贴片(8)，上层矩形微带金属贴片谐振工作在高频端，下层矩形微带金属贴片谐振工作在低频端；在所述矩形盒体中心区域开设有以介质板为“墙壁”的空腔，空腔区域内填充有介电常数与空气接近的介质体，馈电探针(10)通过一个贯通底层介质板，直径大于馈电探针的金属化过孔，固联在下层矩形微带金属贴片上。利用本发明专利技术可以获得较宽的工作带宽。

【技术实现步骤摘要】
宽带宽角圆极化堆叠微带天线
本专利技术属于微波天线
，涉及一种基于空腔的堆叠微带天线，该微带天线适于作为宽频段宽角扫描圆极化相控阵天线的单元天线。
技术介绍
微带天线以其体积小，重量轻，剖面低，易集成，造价低等特性以及良好的电性能受到广泛的关注。随着卫星通信、导航、移动通信系统业务的不断增加，设备不断向小型化方向发展，对天线体积，集成化及工作频段的要求也越来越高。在必须考虑体积，重量，价格，特性要求 ，易安装以及符合气动外观等因素的高性能飞机，卫星以及全球定位系统，移动通讯和无线通讯等诸多高度发展的应用中都需要天线系统具有低剖面，能平贴于任何平面或曲面的外观特性。同时，天线系统要易于制作，易与微波集成电路集成，具有宽频带宽角圆极化的性能。在过去的研究中已出现了许多设计方法，但有利有弊，不是很理想，例如使用厚介质基片材料以增加天线频宽的设计在加大带宽的同时，天线体积也加大了，而进一步将天线体积缩小后，又会产生带宽减小或天线增益降低的问题。因而微带天线本质上所具有的高品质因数，窄频带，低效率等缺点也大大限制了它们的应用。 圆极化微带天线以其重量轻、剖面低、易于集成等优点在移动、卫星通信中得到越来越广泛的应用。然而，传统的单点馈电圆极化微带天线具有较窄的轴比带宽，通常小于2%。宽频段的圆极化性能实质上是需要天线具有较宽的驻波带宽及轴比带宽，且这两个工作带宽应尽可能的重合。宽角圆极化指的是需要天线在较宽的角域范围内轴比较小。同时在上述的使用领域内，天线往往是需要安装在飞行载体上的，这就需要天线具有低轮廓、小型化及轻量化的特点。但是传统的圆极化微带天线驻波带宽、轴比带宽较窄:驻波带宽典型值一般为6%左右，而轴比带宽只有2%-3%。近年来，尽管出现了许多改善微带天线阻抗带宽的设计方法，遗憾的是这些方法中能同时展宽轴比和阻抗带宽的却不多。 为了提升圆极化微带天线的工作带宽，现有技术通常采用以下几种常见的实现方式:I采用增加微带天线介质衬底的厚底；2尽可能的降低介质材料的介电常数；3采用多点馈电的方式提升轴比带宽及宽角轴比；4采用多层贴片结构以提供多个临近的谐振点来扩展工作带宽。 总的来说，第I种及第2种方式所提供的设计灵活度较低，比如在第二种方式中，设计者所能采用的具有最低介电常数的介质材料，其最低的介电常数为2.2左右。而多点馈电的方式的设计复杂度及工艺难度都比较大。第4种方法近些年被各种文献广泛报道，其能够获得的驻波带宽在17%左右，轴比带宽为13%左右。但这种多层微带天线结构中多层贴片之间往往需要一层空气微带层，需要其介电常数尽可能接近I。这使得该天线结构的工程实现性较差，更谈不上使用在对结构强度要求较高的机载环境中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术的不足之处，提供一种低轮廓，重量小，结构强度高，具有较宽的轴比和阻抗带宽，良好的宽角轴比特性、并能较好的适用于宽带宽角圆极化扫描相控阵天线的微带天线。 为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是:一种宽带宽角圆极化堆叠微带天线，包括矩形微带金属贴片、馈电探针和由覆盖层介质板1、支撑介质板3、底层介质板5沿三维方向围成的矩形盒体，其特征在于:在覆盖层介质板I下方依附有作为寄生辐射器的上层矩形微带金属贴片9，底层介质板5上方贴有作为驱动辐射器的下层矩形微带金属微带贴片8，上层矩形微带金属贴片9谐振工作在高频端，下层矩形微带金属贴片8谐振工作在低频端；在所述矩形盒体中心区域开设有以介质板为“墙壁”的空腔，空腔区域内填充有介电常数与空气接近的介质体，馈电探针10通过一个贯通底层介质板5，直径大于馈电探针10的金属化过孔，固联在下层矩形微带金属贴片8上，底层介质板5底部固联有金属地6，在金属地上对应于馈电探针处的位置制有一个直径与馈电探针10直径成比例2.303的圆孔，该圆孔和馈电探针一并形成馈电端口。 本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。 本专利技术利用圆孔和馈电探针一并形成馈电端口进行馈电，金属贴片谐振工作在高频端，下金属贴片谐振工作在低频端，薄介质基片加载，使微带天线的阻抗带宽VSWR ≤ 2和宽角轴比带宽(45°圆锥空域内AR≤ 3d B)达到20%以上，同时保持了微带天线的固有优点:剖面低，厚度小于0.1中心频率波长。通过合理的设计两贴片谐振频率点之间的频率间隔，比如间隔约为2GHz，整个天线结构获得了较宽的工作带宽。采用两个矩形微带金属贴片大小相同的设计，驱动辐射器与寄生辐射器之间实现了较好的能量耦合，可以改善微带天线的辐射效率。同时，两个矩形微带金属贴片大小相同的设计，使得整个天线结构的对称性改善，进而提高天线辐射方向图的等化性，有利于其组成相控天线阵列进行宽角圆极化扫描。 本专利技术采用矩形盒体中心区域开设以介质板为“墙壁”的空腔，空腔区域内填充介电常数与空气接近的介质体，形成“介质墙”结构，有效的避开了微带天线的辐射作用区域，保证了宽带宽角圆极化微带天线的电特性。采用填充接近空气介质空腔填充的方法可有效扩展天线的轴比带宽及阻抗带宽。使用PMI泡沫将空腔区域填充，这样做既增加了天线结构的受力区域，增加了 PP粘接片的粘黏区域，提升层间结合力，天线结构强度进一步得到加强。由于PMI泡沫介电常数接近空气，其引入不会影响天线本身的电特性。同时，通过合理的设计覆盖层介质板的厚度及介电常数，可以改善该微带天线的宽角匹配性能，实现宽角圆极化。 本专利技术采用两个矩形微带金属贴片大小相同的叠层结构，可以改善微带天线的辐射效率、提高辐射方向图的等化性，有利于组成相控天线阵列进行宽角圆极化扫描。 本专利技术馈电探针通过贯穿于下层矩形微带金属贴片、底层介质板的金属化过孔焊接于下层矩形微带金属贴片上对其进行馈电，而不是采用盲插的方式。这样做可以更好的保证下层矩形微带金属贴片馈电点处的电连接及结构强度。 本专利技术通过上层矩形微带金属贴片9、下层矩形微带金属贴片8之间能量的耦合，在上层矩形微带金属贴片9上产生谐振在高频端的圆极化电场，谐振点在20.5GHz。在下层矩形微带金属贴片8产生谐振在低频端的圆极化电场，谐振点在22.5GHz。通过合理的设计这两个谐振频率点之间的频率间隔，间隔约为2GHz，使得本专利技术的微带天线获得了较宽的工作带宽。 【附图说明】 下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。 图1是本专利技术宽带宽角圆极化堆叠微带天线的轴测图。 图2是图1沿馈电探针方向的剖面侧视图。 图3是本专利技术的驻波比的全波仿真数据图。 图4是本专利技术宽带宽角圆极化堆叠微带天线的法向轴比随频率变化的全波仿真数据图。 图5是本专利技术法向主极化增益随频率变化的全波仿真数据图。 图6是本专利技术堆叠微带天线中心工作频率处(21.4GHz)单一剖面轴比的全波仿真数据图。 图7是本专利技术中心工作频率处(21.4GHz)不同四个剖面的辐射方向图的全波仿真数据图。 图中:I覆盖层介质板，2上层PP粘接片，3支撑介质板，4下层PP粘接片，5底层介质板，6金属地层，7PMI填充泡沫，8下层矩形微带金属贴片，9上层矩形微带金属贴片，10馈电探针，11馈电端口。 【具体实施方式】 参阅图1、图2。图1描述了本专利技术空腔形式堆叠微带天线的一个最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带宽角圆极化堆叠微带天线，包括矩形微带金属贴片、馈电探针和由覆盖层介质板(1)、支撑介质板(3)、底层介质板(5)沿三维方向围成的矩形盒体，其特征在于：在覆盖层介质板(1)下方依附有作为寄生辐射器的上层矩形微带金属贴片(9)，底层介质板(5)上方贴有作为驱动辐射器的下层矩形微带金属微带贴片(8)，上层矩形微带金属贴片(9)谐振工作在高频端，下层矩形微带金属贴片(8)谐振工作在低频端；在所述矩形盒体中心区域开设有以介质板为“墙壁”的空腔，空腔区域内填充有介电常数与空气接近的介质体，馈电探针(10)通过一个贯通底层介质板(5)，直径大于馈电探针(10)的金属化过孔，固联在下层矩形微带金属贴片(8)上。

【技术特征摘要】
1.一种宽带宽角圆极化堆叠微带天线，包括矩形微带金属贴片、馈电探针和由覆盖层介质板(I)、支撑介质板(3)、底层介质板(5)沿三维方向围成的矩形盒体，其特征在于:在覆盖层介质板(I)下方依附有作为寄生辐射器的上层矩形微带金属贴片(9)，底层介质板(5)上方贴有作为驱动辐射器的下层矩形微带金属微带贴片(8)，上层矩形微带金属贴片(9)谐振工作在高频端，下层矩形微带金属贴片(8)谐振工作在低频端；在所述矩形盒体中心区域开设有以介质板为“墙壁”的空腔，空腔区域内填充有介电常数与空气接近的介质体，馈电探针(10)通过一个贯通底层介质板(5)，直径大于馈电探针(10)的金属化过孔，固联在下层矩形微带金属贴片(8)上。2.如权利要求1所述的宽带宽角圆极化堆叠微带天线，其特征在于:底层介质板(5)底部固联有金属地出)，在金属地上对应于馈电探针处的位置制有一个直径与馈电探针(10)直径成比例2.303的圆孔，该圆孔和馈电探针一并形成馈电端口。3.如权利要求1所述的宽带宽角圆极化堆叠微带天线，其特征在于:矩形微带金属贴片包括位于所述矩形盒体上下端面，相互平行，分别贴固在覆盖层介质板(I)、底层介质板(5)内侧上的上层矩形微带金属贴片(9)、下层矩形微带...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑，何海丹，张云，蓝海，邓金峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51