一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，根据待设计的微带阵列天线的圆口径尺寸，确定微带贴片天线单元的个数以及在介质基板上的排布方式，所述微带贴片天线单元在介质基板上呈矩阵式排列；根据微带贴片天线单元的个数与排布方式，设计馈电网络与串馈网络实现微带贴片天线单元与馈电点的连接，使得各微带贴片天线单元实现等幅馈电。本发明专利技术设计的毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线具有结构紧凑、单层、体积小、损耗小和口径效率高的优势。口径效率高的优势。口径效率高的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法


[0001]本专利技术属于毫米波阵列天线
，具体为一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法。

技术介绍

[0002]随着毫米波系统和雷达技术的发展，对毫米波天线的研究就变得至关重要，并且对于一些特殊的毫米波雷达应用，往往需要圆口径的阵面设计。微带天线由于其低剖面、低成本以及体积小等诸多优势一直是天线设计中最为常规的天线种类之一，但毫米波段的频率较高，微带结构的路径损耗较大，常规并馈结构的微带阵列天线由于馈电网络损耗较大，不适用于毫米波段，且不适用于圆形口径阵面设计；串馈结构的微带阵列馈电路径较短，损耗较小，但常规的串馈微带阵列往往需要串并结合的馈电方式，通常难以设计出结构紧凑且能实现高效率的单层馈电网络。目前用于设计毫米波阵列更多采用的是波导缝隙或间隙波导的结构，与微带结构相比，波导结构在毫米波段具有更低的损耗和更高的效率，但这种结构的天线通常需要双层甚至多层的馈电网络，造成天线的结构复杂、成本高及重量大等一系列缺点。
[0003]因此以现有的毫米波阵列天线技术难以同时实现高效率、单层结构、圆口径、小体积以及低成本的天线设计，难以满足某些毫米波雷达的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，用于解决现有技术在设计毫米波阵列天线时效率低、多层和成本高等问题。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，包括：
[0006]根据待设计的微带阵列天线的圆口径尺寸，确定微带贴片天线单元的个数以及在介质基板上的排布方式，所述微带贴片天线单元在介质基板上呈矩阵式排列；
[0007]根据微带贴片天线单元的个数与排布方式，设计馈电网络与串馈网络实现微带贴片天线单元与馈电点的连接，使得各微带贴片天线单元实现等幅馈电，所述馈电网络关于微带阵列天线阵面中心呈中心对称结构，馈电网络每对称侧包括N/2级功分器，N为微带贴片天线单元的行数，且微带阵列天线阵面以馈电网络为对称轴呈轴对称形式。
[0008]优选地，同一行相邻的两个微带贴片天线单元的距离为一个介质波长。
[0009]优选地，每级功分器的主功分枝节与两个并联分支的功分比为M：P：P，其中M为该级功分器的主功分枝节后接的所有微带贴片天线单元个数，P为该级功分器的单个并联分枝所接的微带贴片天线单元个数。
[0010]优选地，所述馈电点设置在馈电网络的中心，端口阻抗为50Ω。
[0011]优选地，馈电网络中功分比大于设定阈值的功分器的每个并联枝节均采用带有接地金属通孔的平行耦合微带线结构，主功分枝节采用微带结构。
[0012]优选地，所述平行耦合微带线结构由两条平行的微带线、2个末端矩形微带和2个接地金属通孔组成，两条平行的微带线的两端错开一定距离。
[0013]优选地，不同结构的两级功分器连接时，二者之间接入阻抗补偿线。
[0014]优选地，相同结构的两级功分器连接时，二者之间通过主馈线连接。
[0015]优选地，每对称侧每行的微带贴片天线单元通过串馈网络与每级功分器的一路并联枝节连接，且串馈网络与每级功分器的并联枝节之间经过1/4波长匹配段进行阻抗匹配。
[0016]优选地，所述微带贴片天线单元为开有槽的矩形贴片，矩形贴片长度ll＝2.74mm，宽度ww＝3mm，凹槽深度ls＝0.74mm，凹槽宽度ws＝0.25mm，通过深入凹槽的馈线与串馈网络连接。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其显著优点：
[0018]1、利用平行耦合微带线的高阻抗特性，实现了具有大功分比的多级馈电功分网络，使得阵列中的所有阵元均可以被等幅馈电，整体结构紧凑且可以实现高口径效率。
[0019]2、馈电网络及天线阵列位于同层，整个天线仅需单层结构，体积小并且易于加工。
[0020]3、天线整体采用微带结构，成本较低且重量轻。
[0021]4、天线结构不仅能能够贴合圆口径的阵面设计，同时也适用于矩形口径阵面,口径面贴合程度好，能够进一步提高天线口径效率。
[0022]下面结合附图和具体实施方案对本专利技术作进一步的详细描述。
附图说明
[0023]图1是本专利技术设计的一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线结构示意图。
[0024]图2是图1中的多级中心馈电网络结构示意图。
[0025]图3是图2中的前五级功分器尺寸示意图。
[0026]图4是图2中的后四级功分器尺寸示意图。
[0027]图5是图1中的9阵元串馈功分器尺寸示意图。
[0028]图6是图1中的8阵元串馈功分器尺寸示意图。
[0029]图7是图1中的7阵元串馈功分器尺寸示意图。
[0030]图8是图1中的6阵元串馈功分器尺寸示意图。
[0031]图9是图1中的5阵元串馈功分器尺寸示意图。
[0032]图10是图1中的3阵元串馈功分器尺寸示意图。
[0033]图11是图1中的天线单元尺寸示意图。
[0034]图12是实施例毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法的反射参数S
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曲线。
[0035]图13是实施列毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法的E面辐射方向图。
[0036]图14是实施例毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法的H面辐射方向图。
[0037]图15是实施例毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法的增益随频率变化图。
具体实施方式
[0038]如图1所示，本专利技术的构思为，一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，包括：
[0039]根据待设计的微带阵列天线的圆口径尺寸，确定微带贴片天线单元在介质基板上的排布方式；
[0040]根据微带贴片天线单元的个数与排布方式，设计馈电网络与串馈网络实现微带贴片天线单元与馈电点的连接，使得各微带贴片天线单元实现等幅馈电。
[0041]通过本专利技术设计的微带阵列天线的整体结构印制在单层介质基板上，馈电电位于阵列中心，中心馈电网络关于馈电点上下对称，中心馈电网络由多级功分器组成，除最后一级外每级功分器均为一分三功分器，每级功分器的功分主枝节经过主馈匹配枝节和100Ω主馈线与下一级功分器相连，其余两路并联枝节经过并联匹配枝节与每级的串馈功分器相连接，串馈功分器功分至每个微带贴片阵元。
[0042]在一实施例中，微带贴片天线单元在介质基板上呈矩阵式排列，且行间距相同，列间距相同；同一行相邻的两个微带贴片天线单元的距离为一个介质波长。
[0043]在一实施例中，微带阵列天线阵面关于馈电网络轴对称；馈电网络关于微带阵列天线阵面中心呈中心对称结构，馈电网络每对称侧包括N/2级功分器，N为微带贴片天线单元的行数，每级功分器的主功分枝节与两个并联分支的功分比为M：P：P，其中M为该级功分器的主功分枝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，其特征在于，包括：根据待设计的微带阵列天线的圆口径尺寸，确定微带贴片天线单元的个数以及在介质基板上的排布方式，所述微带贴片天线单元在介质基板上呈矩阵式排列；根据微带贴片天线单元的个数与排布方式，设计馈电网络与串馈网络实现微带贴片天线单元与馈电点的连接，使得各微带贴片天线单元实现等幅馈电，所述馈电网络关于微带阵列天线阵面中心呈中心对称结构，馈电网络每对称侧包括N/2级功分器，N为微带贴片天线单元的行数，且微带阵列天线阵面以馈电网络为对称轴呈轴对称形式。2.根据权利要求1所述的毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，其特征在于，同一行相邻的两个微带贴片天线单元的距离为一个介质波长。3.根据权利要求1所述的毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，其特征在于，每级功分器的主功分枝节与两个并联分支的功分比为M：P：P，其中M为该级功分器的主功分枝节后接的所有微带贴片天线单元个数，P为该级功分器的单个并联分枝所接的微带贴片天线单元个数。4.根据权利要求1所述的毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法，其特征在于，所述馈电点设置在馈电网络的中心，端口阻抗为50Ω。5.根据权利要求1所述的毫米波单层高效率圆口径微带阵列天线的设计方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐世山，赵俊杰，吴文，赵京川，张聪，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：