具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线制造技术

一种具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线，包括由上至下层叠设置的上层金属地板及辐射单元阵列、上层介质基板、粘合层金属地板及不等功率分配网络、粘合层基板、下层介质基板和下层金属地板，辐射单元阵列包括8个等间距横向排列的具有电大尺寸特性的正方形贴片天线单元，正方形贴片天线单元包括一正方形贴片，正方形贴片上设有2排纵向细缝；在上层金属地板上设有8个正方形槽并沿其边设置第一金属化过孔，各正方形贴片天线单元分别被一对一的设置在各上层金属地板上的正方形槽中。本实用新型专利技术能够在同等工作频率下，扩大阵列天线尺寸，并在单元均匀排布的前提下，克服了阵列天线因单元间距过大所产生的栅瓣问题。

【技术实现步骤摘要】
具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线
本技术属于天线
，具体涉及一种具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线。
技术介绍
微带天线作为无线通信系统之间信息传递的重要组成部分，被广泛应用于军事、民用等领域。根据微带天线半波长谐振条件计算，微带天线的尺寸为0.5倍谐振频率波长。所以，随着微带天线工作频率的增加，天线的尺寸将越来越小，这使得工作在高频毫米波波段的微带天线的加工工艺达到微米级，加工难度将大大增加。很显然，在高频毫米波波段，突破半波长谐振条件的限制而将天线尺寸扩大，具有一定的现实意义，这可以在一定程度上减小天线对加工工艺的要求，同时方便天线在设备上的固定安装。同时，为满足天线在实际应用中的高增益的需求，有效的方法是对天线单元进行组阵。根据薛正辉、李伟明和任武编著的《阵列天线分析综合》48页所述的内容，以及钟顺时编著的《天线理论与技术》124页所述的内容可知，对于均匀排布的N元线阵，只有当阵元间距小于1倍工作波长时，才能保证阵列天线的方向图不会出现栅瓣。但是，传统半波长谐振天线的尺寸为0.5倍谐振频率波长，然而电大尺寸天线的尺寸已经大于1倍谐振频率波长，这使得电大尺寸天线在组阵时的阵元间距必定也大于1倍谐振频率波长。根据上述微带天线组阵技术可知，为了避免栅瓣的产生，阵列天线的阵元间距要小于1倍谐振频率波长。当阵列天线的阵元间距大于1倍谐振频率波长时，阵列天线的方向图就会出现严重的栅瓣，进而影响天线的使用。目前，减少阵列天线栅瓣的方法是通过对天线单元或天线子阵进行非均匀排布，这些方法存在以下特点：一是需要大量的天线单元；二是天线单元的排布方式相对复杂，不但优化繁琐，而且加工难度大大提升；三是所用的天线单元的尺寸均为0.5倍谐振频率波长；四是天线单元的间距并不是都大于1倍波长，需要通过复杂的优化来确定每个单元的位置，进而确定各个单元之间的间距。然而，这些方法都难以应用于尺寸大于1倍谐振频率波长的电大尺寸天线单元。因此，利用具有电大尺寸特性的天线单元来实现均匀排布方式下的低栅瓣阵列天线成为一大难点。
技术实现思路
本技术提供一种具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线，本技术能够在同等工作频率下，扩大阵列天线尺寸，降低了高频毫米波天线因尺寸过小而对加工工艺提出的要求，方便天线在设备上的固定安装，并在单元均匀排布的前提下，克服了阵列天线因单元间距过大所产生的栅瓣问题。本技术采取的技术方案是：一种具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线，包括：由上至下层叠设置的上层金属地板及设置于所述上层金属地板的辐射单元阵列、上层介质基板、粘合层金属地板及刻蚀在所述粘合层金属地板上的不等功率分配网络、粘合层基板、下层介质基板和下层金属地板，所述不等功率分配网络的输入端作为天线输入端，不等功率分配网络的输出端连接于辐射单元阵列，所述的辐射单元阵列包括8个等间距横向排列的具有电大尺寸特性的正方形贴片天线单元，所述正方形贴片天线单元的边长为1.1倍工作频段中心频率波长且相邻正方形贴片天线单元等间距为1.4倍工作频段中心频率波长，所述正方形贴片天线单元包括一正方形贴片，在正方形贴片上设有2排纵向细缝，并且，每排细缝包括2条短细槽和1条长细槽且所述长细槽位于2条短细槽之间；在上层金属地板上设有8个正方形槽并沿各个正方形槽的四条边设置第一金属化过孔且所述第一金属化过孔贯穿所述上层金属地板、所述上层介质基板、所述粘合层金属地板、所述粘合层基板、所述下层介质基板和所述下层金属地板，各正方形贴片天线单元分别被一对一的设置在各上层金属地板上的正方形槽中。本技术的有益效果是：本技术能够在同等工作频率下，扩大阵列天线尺寸，降低了高频毫米波天线因尺寸过小而对加工工艺提出的要求，方便天线在设备上的固定安装；同时，本技术解决了在天线单元尺寸为1.1倍工作频段中心频率波长以及阵元间距为1.4倍工作频段中心频率波长前提下，均匀排布的大间距阵列天线存在严重栅瓣的问题。本技术采用了具有2排纵向细缝的正方形贴片天线及相应的技术措施，降低了栅瓣（参照图6a），具体来说，本技术所述辐射单元阵列是由8个具有电大尺寸特性的正方形贴片天线单元等间距水平排布组成，所述正方形贴片天线单元尺寸为1.1倍工作频段中心频率波长，所述辐射单元阵列的阵元间距为1.4倍工作频段中心频率波长，并在基片集成同轴线技术的基础上采用不等功率分配网络进行馈电。可以看到，本技术不但突破了天线单元尺寸为0.5倍谐振频率波长的限制，而且突破了阵列天线的阵元间距必须小于1倍谐振频率波长的限制。所以，本技术实现了在同等工作频率下扩大阵列天线尺寸的目的，降低了高频毫米波天线对加工工艺的要求。与此同时，区别于传统大间距微带阵列天线利用非均匀分布降低栅瓣电平的方法，本技术在单元均匀排布的方式下，利用单元方向图低电平区域与阵因子栅瓣叠加，使得阵元间距相等而且阵元间距均大于1倍波长的前提下，栅瓣电平最低只有-22dB。附图说明图1.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线基板分层结构示意图。图2.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线整体分层结构示意图。图3a.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线辐射单元阵列和上层金属地板结构示意图。图3b.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线辐射单元结构示意图。图4a.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线粘合层金属地板和不等功率分配网络结构示意图。图4b.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线粘合层金属地板和不等功率分配网络局部结构示意图。图4c.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线1:1一分二路微带功分器结构示意图。图4d.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线1:2一分二路微带功分器结构示意图。图4e.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线第一种2:3一分二路微带功分器结构示意图。图4f.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线第二种2:3一分二路微带功分器结构示意图。图4g.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线输出端口结构示意图。图5.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线回波损耗曲线图。图6a.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线存在大栅瓣的归一化辐射方向图。图6b.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线消除大栅瓣后的21GHz处的归一化辐射方向图。图6c.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线消除大栅瓣后的21.7GHz处的归一化辐射方向图。图6d.本实施例中具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线消除大栅瓣后的22.3GHz处的归一化辐射方向图。具体实施方式一种具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线，包括：由上至下层叠设置的上层金属地板2及设置于所述上层金属地板2的辐射单元阵列1、上层介质基板3、粘合层金属地板5及刻蚀在所述粘合层金属地板5上的不等功率分配网络4、粘合层基板6、下层介质基板7和下层金属地板8，所述不等功率分配网络4的输入端作为天线输入端，不等功率分配网络4的输出端连接于辐射单元阵列1，在本实施例中，所述的辐射单元阵列1包括8个等间距横向排列的具有电大尺寸特性的正方形贴片天线单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线，包括：由上至下层叠设置的上层金属地板（2）及设置于所述上层金属地板（2）的辐射单元阵列（1）、上层介质基板（3）、粘合层金属地板（5）及刻蚀在所述粘合层金属地板（5）上的不等功率分配网络（4）、粘合层基板（6）、下层介质基板（7）和下层金属地板（8），所述不等功率分配网络（4）的输入端作为天线输入端，不等功率分配网络（4）的输出端连接于辐射单元阵列（1），其特征在于，所述的辐射单元阵列（1）包括8个等间距横向排列的具有电大尺寸特性的正方形贴片天线单元（11），所述正方形贴片天线单元（11）的边长为1.1倍工作频段中心频率波长且相邻正方形贴片天线单元等间距（d）为1.4倍工作频段中心频率波长，所述正方形贴片天线单元包括一正方形贴片，在正方形贴片上设有2排纵向细缝，并且，每排细缝包括2条短细槽和1条长细槽且所述长细槽位于2条短细槽之间；在上层金属地板（2）上横向设有8个正方形槽并沿各个正方形槽的四条边设置第一金属化过孔（91）且所述第一金属化过孔（91）贯穿所述上层金属地板（2）、所述上层介质基板（3）、所述粘合层金属地板（5）、所述粘合层基板（6）、所述下层介质基板（7）和所述下层金属地板（8），各正方形贴片天线单元（11）分别被一对一的设置在各上层金属地板（2）上的正方形槽中。...

【技术特征摘要】
1.一种具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线，包括：由上至下层叠设置的上层金属地板（2）及设置于所述上层金属地板（2）的辐射单元阵列（1）、上层介质基板（3）、粘合层金属地板（5）及刻蚀在所述粘合层金属地板（5）上的不等功率分配网络（4）、粘合层基板（6）、下层介质基板（7）和下层金属地板（8），所述不等功率分配网络（4）的输入端作为天线输入端，不等功率分配网络（4）的输出端连接于辐射单元阵列（1），其特征在于，所述的辐射单元阵列（1）包括8个等间距横向排列的具有电大尺寸特性的正方形贴片天线单元（11），所述正方形贴片天线单元（11）的边长为1.1倍工作频段中心频率波长且相邻正方形贴片天线单元等间距（d）为1.4倍工作频段中心频率波长，所述正方形贴片天线单元包括一正方形贴片，在正方形贴片上设有2排纵向细缝，并且，每排细缝包括2条短细槽和1条长细槽且所述长细槽位于2条短细槽之间；在上层金属地板（2）上横向设有8个正方形槽并沿各个正方形槽的四条边设置第一金属化过孔（91）且所述第一金属化过孔（91）贯穿所述上层金属地板（2）、所述上层介质基板（3）、所述粘合层金属地板（5）、所述粘合层基板（6）、所述下层介质基板（7）和所述下层金属地板（8），各正方形贴片天线单元（11）分别被一对一的设置在各上层金属地板（2）上的正方形槽中。2.根据权利要求1所述的具有电大尺寸特性的低栅瓣微带阵列天线，其特征在于，所述不等功...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云阳，曹文权，钱祖平，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32