一种准空气带状线阵列天线单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种准空气带状线阵列天线单元，由上层T形金属地板，上层泡沫、印刷介质板、下层泡沫、下层T形金属地板构成，并采用围框和螺钉相配合对天线各部分进行固定。其中印刷介质板上印刷由馈源输入部分带状线、带状线转耦合带状线巴伦变换段、耦合带状线和偶极子辐射臂，通过带状线转耦合带状线巴伦变换段实现对偶极子辐射臂的等幅反相馈电。本实用新型提供的准空气带状线阵列天线单元的阻抗带宽达到了40%（驻波值＜2），方向图中3dB波束宽度为70°×180°，具有较宽的阻抗带宽和波束宽度。本实用新型天线具有重量轻、抗干扰性强，且适于与带状线馈电网络进行一体化设计加工，是大型阵列天线的一种理想单元形式。
【专利说明】一种准空气带状线阵列天线单元
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及天线设计【技术领域】，尤其涉及一种准空气带状线阵列天线单元。【背景技术】
[0002]天线单元在一定程度上决定着阵列天线的电性能和构形，因此，寻找和研制合适的天线单元是阵列天线设计的关键内容之一。传统的阵列天线单元采用微带印刷偶极子天线形式，但其易受到外界电磁场环境的影响。为提高抗干扰性，带状线形式的阵列天线单元越来越受到青睐。
[0003]带状线天线通常采用双层介质板压合而成，形成上中下三层，其中上下层蚀刻振子天线，中间采用L形耦合馈电的方式。该形式天线在上下介质板压合过程中，需要较高的加工精度，确保上下层振子天线完全对称。且目前阵列天线对于轻型化的要求越来越高，采用双层介质板势必增加了天线的重量。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有天线单元存在的不足，提出了一种准空气带状线阵列天线单元形式，采用带状线结构和泡沫材料使天线单元具有抗干扰性强、重量轻、加工简单等优点，且易于与馈电网络实现一体化集成设计，是大型阵列天线的一种理想单元形式。
[0005]本实用新型为一种准空气带状线阵列天线单元，所述准空气带状线阵列天线单元包括从上至下依次为上层金属地板、上层泡沫、印刷介质板、下层泡沫和下层金属地板，其中所述印刷介质板上印刷有电路，且所述电路连接馈源信号。
[0006]较佳地，所述印刷介质板上单面或双面对称印刷有电路。
[0007]较佳地，所述电路由依次相连的馈源输入部分带状线、带状线转耦合带状线巴伦变换段、耦合带状线和偶极子辐射臂组成，其中所述馈源输入部分带状线连接馈源信号；所述馈源输入部分带状线经过所述带状线转耦合带状线巴伦变换段，再通过所述耦合带状线对偶极子辐射臂进行馈电，且所述带状线转耦合带状线巴伦变换段使两耦合带状线的长度相差半个所述准空气带状线阵列天线单元的工作波长。
[0008]较佳地，所述金属地板呈T形，且所述金属地板在所述印刷介质板上的投影覆盖所述馈源输入部分带状线、带状线转耦合带状线巴伦变换段和耦合带状线。
[0009]较佳地，所述上层金属地板、上层泡沫、印刷介质板、下层泡沫和下层金属地板通过围框并配备螺钉进行固定。
[0010]较佳地，所述围框与所述电路连接馈源信号的位置相对应处设置有一安装孔，所述安装孔上设置有一接头，所述电路通过所述接头接收馈源信号。
[0011]较佳地，所述印刷介质板的介电常数为I?3.5,厚度为0.2?0.5mm。
[0012]较佳地，所述上层泡沫和下层泡沫的介电常数为I?1.2，厚度为2?8_，损耗角正切小于等于3X10-4。
[0013]本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本实用新型提供的准空气带状线阵列天线单元
[0014](I)本实用新型引入泡沫材料作为天线支撑结构，有效地减轻了天线的重量，具有轻型化、易加工等特点；
[0015](2)本实用新型中上下金属板为T形结构，方便加工，对精度要求不敏感，易于与阵列天线中有源电路的金属壳体进行一体化加工；另外印刷电路可与馈电网络进行集成设计，适合于大量批产工作。
[0016](3)本实用新型提供的准空气带状线阵列天线单元，在4.2?6.4GHz的频率范围内驻波值〈2，天线的阻抗带宽达到了 40% (驻波值< 2)，在中心频点5.3GHz处，方向图的3dB波束宽度为2 ΘΕΧ2 ΘΗ=70° X 180°，具有较宽的波束宽度，为阵列天线进行宽角波束扫描提供了必要地前提条件。本天线重量轻、抗干扰性强、易加工、集成度高，在工作频带内具有良好的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本实用新型的上述及其他特征和优点，其中:
[0018]图1为本实用新型的分层示意图；
[0019]图2为本实用新型印刷介质板上电路的结构示意图；
[0020]图3为本实用新型的仿真驻波曲线图；
[0021]图4为本实用新型的仿真方向图。
[0022]符号说明:
[0023]I —上层金属地板
[0024]2 —上层泡沫
[0025]3—印刷介质板
[0026]31-馈源输入部分带状线
[0027]32-带状线转耦合带状线巴伦变换段
[0028]33-耦合带状线
[0029]34-偶极子辐射臂
[0030]4 —下层泡沫
[0031]5 —下层金属地板
[0032]6—围框
[0033]7 —螺钉
[0034]8 —接头
【具体实施方式】
[0035]参见示出本实用新型实施例的附图，下文将更详细地描述本实用新型。然而，本实用新型可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本【技术领域】的技术人员完全了解本实用新型的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
[0036]现参考图1-2，本实用新型提供了一种准空气带状线阵列天线单元，包括从上至下依次为上层金属地板1、上层泡沫2、印刷介质板3、下层泡沫4和下层金属地板5，本实用新型采用带状线结构和泡沫材料使天线单元具有抗干扰性强、重量轻、加工简单等优点，且易于与馈电网络实现一体化集成设计，是大型阵列天线的一种理想单元形式。
[0037]在本实施例中，印刷介质板3选用相对介电常数小,厚度薄、损耗低的介质板,一般选用相对介电常数为I?3.5、厚度为0.2?0.5mm的介质板，具有重量轻，成本低，同时使介质板材料的引入不会对天线性能产生较大影响。印刷介质板3上印刷有电路，且可单面印刷电路或双面对称印刷电路，此处不作限制。具体的，电路示意图如图2所示，该电路由依次相连的馈源输入部分带状线31、带状线转耦合带状线巴伦变换段32、耦合带状线33和偶极子辐射臂34组成，馈源输入部分带状线31连接馈源并接收馈源信号，通过带状线转耦合带状线巴伦变换段32实现对偶极子辐射臂34进行等幅反相馈电；带状线转耦合带状线巴伦变换段32等效成一个一分二等幅反相的功分器，将馈源输入部分带状线31分为两个耦合带状线33，且两个耦合带状线上均连接有一个偶极子辐射臂34 ;其中，带状线转耦合带状线巴伦变换段32中两带状线的长度相差半个本实用新型提供的准空气带状线阵列天线单元的波长，实现了 180°的相位差，同时使偶极子辐射臂34与馈源输入部分带状线31的阻抗间实现良好的阻抗匹配；两个偶极子辐射臂3等效为一个对称振子，其长度由准空气带状线阵列天线单元的工作波长来决定，一般为半个工作波长，此处不作限制。另外，在本实施例中印刷介质板3上的电路可与馈电网络进行集成设计，适合于大量批产工作。
[0038]在本实施例中，上层泡沫2和下层泡沫4选用介电常数为I?1.2、厚度为2?8mm的泡沫，且其损耗角正切不大于3Χ10Λ以便于加工。本实用新型，采用泡沫材料代替现有技术中双层介质板压合的实现方式，有效地减轻了天线的重量，其重量较小几乎相当于空气，同时也对天线结构起到支撑作用，增加天线结构强度；当然，上层泡沫2和下层泡沫4也可采用其他方式来代替，例如通过设计立柱来支撑上下金属地板，同样起到减轻重量的效果，此处不作限制。
[0039]在本实施例中，上层金属地板I和下层金属地板5在印刷介质板3上的投影覆盖馈源输入部分带状线31、带状线转耦合带状线巴伦变换段32和耦合带状线33，起到为馈源输入部分带状线31、带状线转耦合带状线巴伦变换段32和耦合带状线部分33提供上、下地板的作用；在本实施例中上层金属地板I和下层金属地板5呈T形，保证了馈源输入部分带状线31、带状线转耦合带状线巴伦变换段32和耦合带状线33在信号传输的过程中始终有地覆盖，偶极子辐射臂34上无地覆盖使得信号辐射出去。本实用新型中的上层金属地板I和下层金属地板5呈T形设计为T形结构，方便加工，对精度要求不敏感，易于与馈电网络的金属壳体进行一体化加工，且在装配上，允许上、下金属板间有偏差余量；当然，上层金属地板I和下层金属地板5也可呈其他结构形式，其结构形式根据印刷介质板3上的电路的走势来设置，此处不作限制。
[0040]在本实施例中，如图1所示，上层金属地板1、上层泡沫2、印刷介质板3、下层泡沫4和下层金属地板5通过围框6相连，围框6位于上层泡沫2、印刷介质板3和下层泡沫4的一侧并将其框住；上层金属地板I和下层金属地板5位于围框的上下侧，并配备螺钉7将上层金属地板I和下层金属地板5与围框6相连，上层泡沫2、印刷介质板3和下层泡沫4夹在上层金属地板I和下层金属地板5之间从而被固定形成一整体天线单元。在本实施例中，围框6的一侧上还设置有一安装孔，安装孔上安装有接头8，接头8 —端与印刷介质板3上的馈源输入部分带状线31相连，接头8另一端与馈源相连，将馈源信号传输给馈源输入部分带状线31。其中，接头8采用QMA接头，也可采用其他型号的接头，此处不作限制。
[0041]以下以本实用新型在具体尺寸下为例进行详细说明:
[0042]本实施例具体尺寸如下:印刷介质板3采用TLY-5-0100-C1/C1-H材料，其相对介电常数为2.2，厚度为0.254mm ;上、下层泡沫采用R0HACELL71HF泡沫材料，其相对介电常数为1.06，厚度为2mm;馈源输入部分带状线31的阻抗为50 Ω，对应线宽为5.5mm ;巴伦变化后的耦合带状线33的阻抗变为100 Ω，线宽为1.9mm ;偶极子辐射臂34的单臂臂长为14.4mm η
[0043]参考图3为本实施例的仿真驻波曲线图，其中横坐标代表频率变量，单位GHz ;纵坐标代表驻波值。如图3所示，本实施例准空气带状线阵列天线单元的工作频带是4.2?6.4GHz (驻波值<2)。
[0044]参考图4为本实施例在5.3GHz中心工作频点上的仿真方向图，其中横坐标代表角度，纵坐标代表天线增益。由图4中可以看出，本实施例准空气带状线阵列天线单元，方向图的3dB波束宽度为2 ΘΕΧ2 ΘΗ=70° X 180°，具有较宽的波束宽度，为阵列天线进行宽角波束扫描提供了必要地前提条件。
[0045]综上所述，本实用新型提供了一种准空气带状线阵列天线单元，由上层T形金属地板，上层泡沫、印刷介质板、下层泡沫、下层T形金属地板构成，并采用围框和螺钉相配合对天线各部分进行固定。其中印刷介质板上蚀刻由馈源输入部分带状线、带状线转耦合带状线巴伦变换段、耦合带状线和偶极子辐射臂，通过带状线转耦合带状线巴伦变换段对偶极子辐射臂进行等幅反相馈电。本实用新型提供的准空气带状线阵列天线单元的阻抗带宽达到了 40% (驻波值< 2)，方向图中3dB波束宽度为70° X180°，具有较宽的阻抗带宽和波束宽度。本实用新型天线具有重量轻、抗干扰性强，且适于与带状线馈电网络进行一体化设计加工，是大型阵列天线的一种理想单元形式。
[0046]本【技术领域】的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神或范围。尽管已描述了本实用新型的实施例，应理解本实用新型不应限制为这些实施例，本【技术领域】的技术人员可如所附权利要求书界定的本实用新型精神和范围之内作出变化和修改。
【权利要求】
1.一种准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述准空气带状线阵列天线单元包括从上至下依次为上层金属地板、上层泡沫、印刷介质板、下层泡沫和下层金属地板，其中所述印刷介质板上印刷有电路，且所述电路连接馈源信号。
2.根据权利要求1所述的准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述印刷介质板上单面或双面对称印刷有电路。
3.根据权利要求1所述的准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述电路由依次相连的馈源输入部分带状线、带状线转耦合带状线巴伦变换段、耦合带状线和偶极子辐射臂组成，其中所述馈源输入部分带状线连接馈源信号；所述馈源输入部分带状线经过所述带状线转耦合带状线巴伦变换段，再通过所述耦合带状线对偶极子辐射臂进行馈电，且所述带状线转耦合带状线巴伦变换段使两耦合带状线的长度相差半个所述准空气带状线阵列天线单元的工作波长。
4.根据权利要求3所述的准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述金属地板呈T形，且所述金属地板在所述印刷介质板上的投影覆盖所述馈源输入部分带状线、带状线转耦合带状线巴伦变换段和耦合带状线。
5.根据权利要求1或4所述的准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述上层金属地板、上层泡沫、印刷介质板、下层泡沫和下层金属地板通过围框并配备螺钉进行固定。
6.根据权利要求5所述的准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述围框与所述电路连接馈源信号的位置相对应处设置有一安装孔，所述安装孔上设置有一接头，所述电路通过所述接头接收馈源信号。
7.根据权利要求1所述的准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述印刷介质板的介电常数为I?3.5，厚度为0.2?0.5mm。
8.根据权利要求1所述的准空气带状线阵列天线单元，其特征在于，所述上层泡沫和下层泡沫的介电常数为I?1.2，厚度为2?8mm，损耗角正切小于等于3X 10_4。
【文档编号】H01Q1/38GK203760654SQ201420135680
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】李丽娴, 林鑫, 胡俊毅, 崔吉, 汤杭飞, 尤祖光 申请人:上海航天电子通讯设备研究所