变极化平板天线单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种变极化平板天线单元，由多层金属层自上而下槽耦合而成；自上而下的最上层的金属层为辐射贴片印制层，印制层表面印制辐射贴片；第二层为刻蚀耦合槽；第三层为微带线馈线网络层，其上设置有带状线馈线网络；第四层为接地板，所述的第四层与第二、三层构成带线传输线。本实用新型给出的U形槽以“|”部分臂长作为调节变量，阻抗调配范围明显增大；采用双端口馈电结构，天线圆极化工作时，TM10、TM01简并模式场分布具有很好的对称性，圆极化正交隔离度高；采用带状线馈电网络结构，既有效减少寄生辐射、背射，又不至于过多增加平板天线剖面厚度。
【专利说明】变极化平板天线单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种平板天线，尤其是一种宽带、变极化槽耦合多层平板天线。
【背景技术】
[0002]在平板天线性能改进措施中，各项指标往往是相互制约的，例如采用高介电常数介质基板是天线小型化的直接高效手段之一，然而ε r的升高又会导致天线辐射Q值升高，频带变窄。因此，设计天线时，要权衡各项指标要求，认真选取基板材料、天线结构、贴片形状、馈电方式等。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提出一种新型的宽带、变极化槽耦合多层平板天线单元。
[0004]本发明所采用的技术方案为:一种变极化平板天线单元，由多层金属层自上而下槽耦合而成；自上而下的最上层的金属层为辐射贴片印制层，印制层表面印制辐射贴片；第二层为刻蚀耦合槽；第三层为微带线馈线网络层，其上设置有带状线馈线网络；第四层为接地板，所述的第四层与第二、三层构成带线传输线。
[0005]本发明所述的天线单元通过带线侧馈或同轴探针底馈方式由馈电端口馈入的电磁波，经带线馈电网络引导至带线终端形成电压最强处，沿线向源端λ/4磁场最强处由带线上层接稱合槽磁稱合至天线单元，其中λ g为均勻介质带线内介质波长；天线福射贴片在两端由于宽微带线终端截断效应形成等效辐射缝，两对对边缝上切向电场分量可等效为两对等幅同相磁流源向空间辐射，产生天线辐射场。
[0006]本发明所述的第二层的耦合槽的开槽方式为刻蚀U形耦合槽；采用U形槽耦合馈电、多层板天线结构，似于在电路理论中当采用参差调谐的紧耦合回路时，频带将会展宽。第二层的耦合槽的开槽方式还可以是矩形槽、多边形槽、线段槽、蝶形槽或哑铃形槽。蝶形槽以每一个臂张角α为变量进行调配，哑铃形槽以槽两端圆半径r进行调配，调节范围均很大程度上受辐射贴片下方空间限制，而U形槽以“ I ”部分臂长作为调节变量，阻抗调配范围明显增大。
[0007]本发明所述的平板天线单元采用双端口馈电，当一个馈电端口馈入微波能量，另一端口接匹配负载时，由贴片、接地板和基板组成的介质谐振腔激励起TMlO模，在贴片终端等效辐射缝以单一线极化向空间辐射微波能量，两馈电口同时馈入微波能量，采用同一坐标系，介质谐振腔内激励起TM10、TM01简并模式，控制两端口馈电幅相关系；所述的天线单元可以分别实现左旋圆极化和右旋圆极化。采用单点馈实现圆极化，天线极化特性对辐射单元引入的附加不连续段尺寸、馈电点位置十分敏感，不宜于工程实现。而采用本发明双端口馈电结构，天线圆极化工作时，TM10、TMOl简并模式场分布具有很好的对称性，圆极化正交隔离度高。
[0008]传统微带天线馈电网络与辐射贴片印制在介质板的同一层，这样馈线会产生寄生辐射，这在Ku波段变得不容忽略。常见的减小微带线寄生辐射的措施是将辐射贴片、微带线馈线网络印制在地板的两侧，这样带来了另一个弊端就是产生微带线背射，一种改进的措施是在微带线下放置反射板(或背腔)，由于反射板与微带线网络所在层的距离(或背腔厚度)一般为入乂么这无疑增加了平板天线的剖面尺寸。本发明采用带状线馈电网络结构，所述的辐射贴片印制层的辐射贴片为距形，既有效减少寄生辐射、背射，又不至于过多增加平板天线剖面厚度。
[0009]本发明的有益效果是:本发明给出的U形槽以“ I ”部分臂长作为调节变量，阻抗调配范围明显增大；采用双端口馈电结构，天线圆极化工作时，ΤΜ10、TMOl简并模式场分布具有很好的对称性，圆极化正交隔离度高；采用带状线馈电网络结构，既有效减少寄生辐射、背射，又不至于过多增加平板天线剖面厚度。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0011]图1(a)~(b)是本发明多层槽耦合平板天线结构示意图；
[0012]图2(a)~(e)为槽耦合天线常见开槽形式；
[0013]图3(a)~(b)为开蝶形、哑铃形槽多层槽耦合平板天线；
[0014]图4为槽耦合多层平板天线等效电路图；
[0015]图5为贴片天线辐射场的坐标系图；
[0016]图6(a)为天线方向图随槽长变化曲线；(b)为天线辐射效率随槽长变化曲线；
[0017]图7(a)为另一`种取值的天线方向图随槽长变化曲线；(b)为另一种取值的天线辐射效率随槽长变化曲线；
[0018]图8 (a)为Sll随U形槽末端枝节长度变化；(b)为S12随U形槽末端枝节长度变化；
[0019]图9为天线方向图随开槽位置变化曲线。
【具体实施方式】
[0020]现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0021]如图1所示的一种变极化平板天线单元，由多层金属层自上而下槽耦合而成；自上而下的最上层的金属层为辐射贴片印制层，印制层表面印制辐射贴片；第二层为刻蚀耦合槽；第三层为微带线馈线网络层，其上设置有带状线馈线网络；第四层为接地板，所述的第四层与第二、三层构成带线传输线。
[0022]本发明的耦合槽开槽方式除开简单矩形槽外，可以有多种形式，如图2(a)~(e)所示，图3(a)和(b)所示的是开蝶形槽、哑铃形槽。
[0023]对于矩形微带天线，贴片的长度L取值稍小于λ/2，可由下式确定:
[0024]L = °-5；ls ~2AL== 2fr^~2AL⑴
【权利要求】
1.一种变极化平板天线单元，其特征在于:由多层金属层自上而下槽耦合而成；自上而下的最上层的金属层为辐射贴片印制层，印制层表面印制辐射贴片；第二层为刻蚀耦合槽；第三层为微带线馈线网络层，其上设置有带状线馈线网络；第四层为接地板，所述的第四层与第二、三层构成带线传输线。
2.如权利要求1所述的变极化平板天线单元，其特征在于:所述的第二层的耦合槽的开槽方式为刻蚀U形耦合槽。
3.如权利要求1所述的变极化平板天线单元，其特征在于:所述的第二层的耦合槽的开槽方式还包括矩形槽、多边形槽、线段槽、蝶形槽或哑铃形槽。
4.如权利要求1所述的变极化平板天线单元，其特征在于:所述的天线单元通过带线侧馈或同轴探针底馈方式由馈电端口馈入的电磁波，经带线馈电网络引导至带线终端形成电压最强处，沿线向源端λ g/4磁场最强处由带线上层接耦合槽磁耦合至天线单元，其中λ g为均匀介质带线内介质波长；天线辐射贴片在两端由于宽微带线终端截断效应形成等效辐射缝，两对对边缝上切向电场分量可等效为两对等幅同相磁流源向空间辐射，产生天线辐射场。
5.如权利要求4所述的变极化平板天线单元，其特征在于:所述的平板天线单元采用双端口馈电，当一个馈电端口馈入微波能量，另一端口接匹配负载时，由贴片、接地板和基板组成的介质谐振腔激励起TMlO模，在贴片终端等效辐射缝以单一线极化向空间辐射微波能量，两馈电口同时馈入微波能量，采用同一坐标系，介质谐振腔内激励起TM10、TMOl简并模式，控制两端口馈电幅相关系；所述的天线单元可以分别实现左旋圆极化和右旋圆极化。
6.如权利要求1所述的变极化平板天线单元，其特征在于:所述的辐射贴片印制层的辐射贴片为距形。
【文档编号】H01Q1/50GK203406415SQ201320273931
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】张厚, 吴文洲, 许冰, 姜聿焘, 许志永, 程智峰 申请人:中国人民解放军空军工程大学