专利名称：宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微带天线，尤其涉及一种能够实现宽频带增益频响的微 带反射阵天线。
背景技术：
目前直接利用缝隙进行相位补偿的微带反射阵天线单元多采用微带贴片与 刻蚀在接地板上的缝隙构成。由于在接地板上刻蚀缝隙易造成后向辐射，进而降 低了天线的增益。唯有一种单元由三个彼此独立的贴片及一对刻蚀在贴片上的缝 隙构成的反射阵，其结构相对复杂且相位补偿的动态范围小，原理上只能实现较 窄频带、较小尺寸的反射阵功能。另有一种单元由方形贴片及刻蚀在贴片上的缝 隙构成的反射阵，通过同时调节贴片的尺寸及缝隙的长度获得反射阵聚束辐射所 需的相位补偿量，但其频带较窄。 '
发明内容
技术问题本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简便且无需附加馈 线网络的、可在较大阵列尺寸实现宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线。
技术方案为解决上述技术问题，本实用新型宽频带增益频响的低剖面微带 反射阵天线采用的技术方案是
该宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线包括馈源和与馈源相距一定距离 的反射阵，其特征在于反射阵包括接地板和位于接地板平面上的介质基片，在 介质基片与接地板之间设有间隙，介质基片的下表面和接地板相对；
在介质基片的上表面设有若干上层矩形贴片，在上层矩形贴片中设有与馈源 辐射的电磁波极化方向相垂直的上层缝隙，各上层矩形贴片之间的中心间距，在 横向和纵向上均为0. 5 ~ 0. 8设计中心频率的自由空间波长，各上层矩形帖片的形 状均为矩形且相同；
在介质基片的下表面上设有若干下层矩形贴片，在下层矩形贴片中设有与馈 源辐射的电磁波极化方向相垂直的下层缝隙，各下层矩形贴片之间的中心间距，在橫向和纵向上均为0. 5 ~ 0. 8设计中心频率的自由空间波长，各下层矩形帖片的 形状均为矩形且相同；
在各上层矩形贴片的下方对应设有下层矩形贴片，下层矩形贴片的长度和宽 度分别大于上层矩形贴片的长度和宽度；
上层缝隙和下层缝隙的长度随其所在的位置至上表面中心点的距离的增加而 缩短。
介质基片为单层介质基片，在介质基片与接地板之间设有空气层或者泡沫介 质层。
上层矩形帖片和下层矩形帖片保持相同的相似率，上层矩形帖片和下层矩形 帖片的长及其宽的比例可变。
上层矩形帖片的上层缝隙的长度小于下层矩形帖片的下层缝隙的长度。 有益效果与相关的反射阵相比，本实用新型结构筒单。与传统的单层贴片 结构反射阵相比，本实用新型中采用双层矩形贴片加缝隙和空气层，使得相位补 偿量提高50-80%,从而阵列尺寸也相应增加，而且-ldB降落的增益频带也由2-3°/。 提高到13-15°/。。在不改变贴片尺寸的情况下，仅通过改变在矩形贴片上刻蚀的缝 隙长度实现宽频带反射阵聚束辐射所需的相位补偿所需的场分量相位配置。由于 缝隙是刻蚀在矩形贴片而非接地板上，因此后向辐射得到明显的改善。其次，贴 片采用矩形后能够获得大的相位补偿动态范围。再者，在介质基片的上下表面印 刷矩形贴片和刻蚀缝隙，引入双谐振机理使得相位补偿动态范围大大增加。最后， 在本发明的反射阵中，各单元缝隙的主要作用是提供其反射阵聚束辐射所需的相 位补偿所需的场分量相位配置，再辐射的主要贡献来自于各单元的贴片。同层的 贴片尺寸相同，因而结构的周期性丰支好，能够实现宽频带的增益频响。
图l是本实用新型的总体结构示意图； 图2是图1中反射阵面剖面结构示意图； 图3是图1中反射阵面俯視结构示意图4是本实用新型的图2和图3中反射阵2处于同一位置的上层贴片21及其 上刻蚀的缝隙24以及下层贴片25及其上刻蚀的缝隙26的结构示意图； 图5是本实用新型中的相位补偿量与矩形贴片长度s2的关系曲线图；图6是本实用新型相位量与矩形贴片长宽比t的关系曲线图。 以上的图中有馈源l,反射阵2，介质基片22，间隙23,上层矩形贴片21,
上层缝隙24,下层矩形贴片25，下层缝隙26，接地板27,定位销28。
A,B分别为上层矩形贴片和下层矩形贴片沿横向及纵向的周期，下层矩形长
边&2，上层矩形长边a!,下层矩形宽边b2,上层矩形宽边b,,下层缝隙的长度S2，
上层缝隙的长度s,
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明。
参见图1,本实用新型提供的缝隙加载的宽频带微带反射阵，包括馈源1和与 馈源1相距一定距离的反射阵2。
参见图2,图3，反射阵2包括接地板27和具有上表面及下表面的介质基片 22，在介质基片22与接地板27之间设有间隙23,介质基片22的下表面和接地板 27相对；
在介质基片22的上表面设有若干上层矩形贴片21，在上层矩形贴片21中设 有与馈源1辐射的电磁波极化方向相垂直的上层缝隙24，各上层矩形贴片21之间 的中心间距，在横向和纵向上均为0. 5 - 0. 8设计中心频率的自由空间波长，各上 层矩形帖片21的形状相同；
在介质基片22的下表面上设有若干下层矩形贴片25，在下层矩形贴片25中 设有与馈源1辐射的电磁波极化方向相垂直的下层缝隙26,各下层矩形贴片25 之间的中心间距，在横向和纵向上均为0. 5 ~ 0. 8设计中心频率的自由空间波长， 各下层矩形帖片2 5的形状相同；
在各上层矩形贴片21的下方对应设有下层矩形贴片25,下层矩形贴片25的 长度和宽度分别大于上层矩形贴片21的长度和宽度；
上层缝隙24和下层缝隙26的长度随其所在的位置至上表面中心点的距离的 增加而缩短。
介质基片22和接地金属板27的固定可以采用现有技术中常见的多种措施， 在本实施例中，采用定位销28对其进行定位和固定。
图4是图2和图3中反射阵2中某个上层贴片21及其上的缝隙24和其下方 的下层贴片25及其上的缝隙26的结构示意图。参见图1-图6，采用厚1 mm的介质(e r -2.2)基片22和1 mm空气隙的121 元贴片阵，上层矩形贴片和下层矩形贴片沿横向及纵向的周期都是18mm，同层的 矩形贴片具有相同的尺寸，上层矩形帖片21和下层矩形贴片25的宽长比率均取 0. 8，上层矩形帖片21和下层矩形贴片25尺寸的比率及同一位置上的上层缝隙24 和下层缝隙26的长度的比率都取O. 6。按贴片中心(或缝隙中心)与阵面中央的 距离由小到大的顺序，下层矩形贴片25上所刻蚀的下层缝隙26的长度(mm)依次 为{12, 11.8， 11.6, 11.2， 11.0， 10.6, 10.5， 10.4， 9,6, 8.6， 8.1， 7.6， 6.8, 5.2, 5.1， 4.6， 4.2, 4.1, 4.0, 3.8}。设计频率为10. 5 GHz，以渐变槽线的印 刷辐射器作为线极化馈源，增益降落ldB的频带为15 %。实现宽频带增益频响的 低剖面微带反射阵天线。
本实用新型可延拓涵盖，fe非周期性排列的贴片加缝隙阵按相同原理构成的 具有宽频带增益频响的反射阵天线；多层贴片加缝隙阵按相同原理构成的具有宽 频带增益频响的反射阵天线；各层贴片/缝隙尺寸之比率随贴片/缝隙而不同的贴 片加缝隙阵按相同原理构成的反射阵天线。
本卖用新型矩形贴片的具体形状和参数可通过以下措施来确定
矩形贴片及贴片上所刻蚀的缝隙按二维周期排列，同一层的矩形贴片的尺寸 相同，同一位置上的上下层矩形贴片及上下层缝隙形状分别相似，相似率为^。 上下层矩形贴片由三个结构参数决定下层矩形长边以及矩形的宽长比t及上 下层贴片相似率S。单元中的缝隙由三个结构参数决定缝隙宽度(本实施例中 所有的缝隙宽度相等)、下层缝隙的长度^及上下层缝隙的相似率^，在选定介 质材料及其厚度、空气层厚度后确定上下层矩形贴片的结构参数、根据馈源离开 阵列的距离、格点的周期等参数为每个单元设计合适的、上下层缝隙长度《，^能 实现宽频带反射阵聚束辐射所需的相位补偿所需的场分量相位配置。
便于说明各个单元结构参数的设计过程，以下表迷基于给定别的结构参数， 这并不失一般性。给定参数:介质基片(s r = 2. 2)厚度1 ranu馈源高度尸- 166. 3mm, 空气隙厚度1 ram、上层矩形贴片和下层矩形贴片沿横向及纵向的周期^4 = 5 = 18 mm，工作频率f = 10. 5GHz。同一位置的上层/下层贴片尺寸的相似率根据不同材料 可以在0. 5到0. 7之间取值，例如本实施例所有单元的相似率&均取0. 6。
中心单元用坐标(0， 0)标识，坐标("，W)标识距离中心单元横向n个周期、 纵向m个周期的单元。中心单元下层缝隙长度的取值接近周期A，取= 13咖。&("，附)用以实现第(",附)个单元的相位补偿厶"《,附)，厶-(",附)由下式确
定
360/fV/rI+("3+W -^—— 、
，m)= " 义=12.6^27655.69 + 324("2 +; 2) —166.3)
其中,为给定的工作频率(Hz) ， F为馈源高度(咖)，A为周期( mm) ， C 为光速。
A("，^0由下列曲线上对应于^K"，"O的坐标值确定。该曲线是在上述 给定条件下得出的，若改变材料参数等也可以与之相似的曲线。曲线计算机模拟
仿真得到，可选用的仿真软件有如Ansoft公司的HFSS、 CST公司的Microwave Studio CST等高频仿真软件。在仿真中将单元置于无限周期阵列中(即采用周期 边界条件)，采用极化方向垂直于缝隙长度方向的线极化平面波激励，考察远区 场主极化波的相位量随^("，w)的变化关系即得到该曲线。
权利要求1、一种宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线，包括馈源(1)和与馈源(1)相距一定距离的反射阵(2)，其特征在于反射阵(2)包括接地板(27)和位于接地板(27)平面上的介质基片(22)，在介质基片(22)与接地板(27)之间设有间隙(23)，介质基片(22)的下表面和接地板(27)相对；在介质基片(22)的上表面设有若干上层矩形贴片(21)，在上层矩形贴片(21)中设有与馈源(1)辐射的电磁波极化方向相垂直的上层缝隙(24)，各上层矩形贴片(21)之间的中心间距，在横向和纵向上均为0.5～0.8设计中心频率的自由空间波长，各上层矩形帖片(21)的形状均为矩形且相同；在介质基片(22)的下表面上设有若干下层矩形贴片(25)，在下层矩形贴片(25)中设有与馈源(1)辐射的电磁波极化方向相垂直的下层缝隙(26)，各下层矩形贴片(25)之间的中心间距，在横向和纵向上均为0.5～0.8设计中心频率的自由空间波长，各下层矩形帖片(25)的形状均为矩形且相同；在各上层矩形贴片(21)的下方对应设有下层矩形贴片(25)，下层矩形贴片(25)的长度和宽度分别大于上层矩形贴片(21)的长度和宽度；上层缝隙(24)和下层缝隙(26)的长度随其所在的位置至上表面中心点的距离的增加而缩短。
2、 根据权利要求1所述的宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线，其特 征在于介质基片(22 )为单层介质基片，在介质基片(22)与接地板(27 )之间 设有空气层或者泡沫介质层。
3、 才艮据权利要求1所述的宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线，其特 征在于上层矩形帖片(21)和下层矩形帖片(25)保持相同的相似率，上层矩 形帖片(21)和下层矩形帖片(25)的长及其宽的比例可变。
4、 根据权利要求1所述的宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线，其特 征在于上层矩形帖片(21)的上层缝隙(24)的长度小于下层矩形帖片(25) 的下层缝隙(26)的长度。
专利摘要宽频带增益频响的低剖面微带反射阵天线包括馈源(1)和与馈源(1)相距一定距离的反射阵(2)，反射阵(2)包括接地板(27)和位于接地板(27)平面上的介质基片(22)，在介质基片(22)与接地板(27)之间设有间隙(23)，介质基片(22)的下表面和接地板(27)相对。本实用新型结构简单，由于采用双层矩形贴片加缝隙和空气层，使得相位补偿量提高50-80％，从而阵列尺寸也相应增加，而且-1dB降落的增益频带也由2-3％提高到13-15％。
文档编号H01Q13/10GK201360047SQ200920036328
公开日2009年12月9日 申请日期2009年3月3日 优先权日2009年3月3日
发明者刘震国 申请人:东南大学