一种阵列天线系统的制作方法

本实用新型属于天线技术领域，具体地讲涉及一种阵列天线系统。

背景技术：

阵列天线在无线通信以及其它应用领域有着非常广泛的应用，其能够产生较为灵活的方向图以满足不同场景的需求，且通过将多个天线组成阵列能够产生更高的增益。

然而，阵列天线(尤其是小间距阵列天线)都存在互耦效应的问题。在传统天线阵列的研究中，常会假设天线单元工作于理想情况下，并不会考虑互耦效应的影响，这就会导致阵列天线的实际情况与预期出现偏差。在实际的阵列天线系统中，天线单元之间并非独立和无关联的，每一个天线单元都可以看成是开放型电路，因而存在着天线单元间的能量耦合，尤其是在阵列天线小型化的发展趋势下，互耦问题成为制约阵列天线性能提高的关键问题。

因此，提供一种能够有效抑制互耦效应的阵列天线很有必要。

技术实现要素：

根据现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种阵列天线系统，其能够有效抑制天线之间的互耦效应，降低了天线的波动幅度，提高了阵列天线的性能，同时也提高了收发天线之间的隔离度。

本实用新型采用以下技术方案：

一种阵列天线系统，包括至少一个发射天线和至少一个接收天线，发射天线与接收天线之间、发射天线远离接收天线的一侧、接收天线远离发射天线的一侧均设有傀儡天线。

优选的，所述发射天线和接收天线的结构完全相同，发射天线和接收天线位于同一介质板上，所述发射天线、接收天线和傀儡天线均在长度方向上相互平行。

进一步优选的，所述发射天线和接收天线的天线层均位于介质板的正面，发射天线和接收天线的金属地层均位于介质板的背面；所述发射天线和接收天线均包括多个辐射缝隙、多个金属化通孔和一个传输端口；同一天线内，设天线沿其长度方向的中心线为其轴线，相邻的两个辐射缝隙左右交替地设置在轴线的两侧，相邻的两个辐射缝隙在轴线方向上的中心距离相等，位于轴线两侧的辐射缝隙距离轴线的距离均相等；同一天线内，多个金属化通孔将多个辐射缝隙围成半包围状，多个金属化通孔由两列金属化通孔和一行金属化通孔组成，两列金属化通孔均平行于轴线且对称设置在轴线的两侧，一行金属化通孔设置在天线轴线方向远离传输端口的一端，一行金属化通孔将两列金属化通孔衔接成半包围状，所述传输端口位于天线轴线方向的另一端。

更进一步优选的，所述传输端口设置在发射天线和接收天线的远离一行金属化通孔的一端，且所述传输端口设置在两列金属化通孔的之间；所述传输端口为尖劈结构，即在介质板的正面设置有正面直角三角形区域，在介质板的背面设置有背面直角三角形区域，正面直角三角形区域的一条直角边和背面直角三角形区域的一条直角边均与介质板的底边边缘重合，且正面直角三角形区域的一条直角边和背面直角三角形区域的一条直角边在介质板的正面上沿介质板厚度方向的投影重合，正面直角三角形区域和背面直角三角形区域关于天线轴线对称；所述正面直角三角形区域和背面直角三角形区域在沿介质板的厚度方向投影相交的部分呈镂空状。

更进一步优选的，所述介质板的正面和背面上，在多个辐射缝隙、多个金属化通孔、传输端口的正面直角三角形区域和背面直角三角形区域之外的位置上均经覆铜处理；金属化通孔的洞壁材质为铜金属，其将介质板的正面的覆铜区域和背面的覆铜区域连接成整体。

更进一步优选的，所述傀儡天线的结构与发射天线和接收天线去除传输端口后的结构相同；所述发射天线远离接收天线的一侧、接收天线远离发射天线的一侧均设置四列傀儡天线。

更进一步优选的，所述发射天线和接收天线均为多个，所述傀儡天线还分别设置在系统中发射天线与发射天线之间、接收天线与接收天线之间。

更进一步优选的，所述介质板采用Rogers 3003板材，其介电常数为3.0，厚度为0.254mm。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型的天线系统包括发射天线和接收天线，各天线之间均设有傀儡天线，傀儡天线的结构与发射天线和接收天线去除传输端口后的结构相同，其能够有效抑制天线之间的互耦效应，降低了天线的波动幅度，提高了阵列天线的性能。

2)本实用新型的天线系统的发射天线和接收天线采用了SIW缝隙串馈阵列天线的形式，兼有微带和矩形类型天线的优点，即具有低插损、低干扰、功率容量高、尺寸小、易于共形和集成度高的优点；由于SIW缝隙串馈阵列天线体积本身较小，加上发射天线和接收天线集成在同一块介质板上，增强了收发天线之间的集成度，满足了毫米波高频段的雷达应用需要。

3)本实用新型的傀儡天线的结构与发射天线和接收天线去除传输端口后的结构相同，无需另行设计和加工，减少了设计和加工的工作量。

4)本实用新型的发射天线和接收天线中的传输端口上设有用于连接波导的尖劈结构，尖劈结构在介质板的正面和背面的区域均为直角三角形，且两个直角三角形呈对称状，相对于传统的鳍线结构，插损和反射系数都能实现很好的阻抗匹配，但是尖劈结构易于加工，降低了加工难度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的天线系统中天线的天线层所在面的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的天线系统中天线的金属地层所在面的结构示意图。

图3是未设置傀儡天线的天线系统发射天线的测试方向图。

图4是未设置傀儡天线的天线系统接收天线的测试方向图。

图5是本实用新型天线系统发射天线的测试方向图。

图6是本实用新型天线系统接收天线的测试方向图。

图7是未设置傀儡天线的天线系统和本实用新型天线系统的收发天线之间的隔离度测试图。

图8是本实用新型实施例中的传输端口采用尖劈结构的示意图。

图9是本实用新型实施例中的传输端口采用传统的鳍线结构的示意图。

图10是本实用新型实施例中的传输端口采用尖劈结构时的性能指标测试图。

图11是本实用新型实施例中的传输端口采用传统的鳍线结构时的性能指标测试图。

附图标记：1-发射天线，11-辐射缝隙，12-金属化通孔，13-传输端口，2-接收天线，3-傀儡天线，4-介质板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，一种阵列天线系统，包括至少一个发射天线1和至少一个接收天线2，发射天线1与接收天线2之间、发射天线1远离接收天线2的一侧、接收天线2远离发射天线1的一侧均设有傀儡天线3。

所述发射天线1和接收天线2的结构完全相同，发射天线1和接收天线2位于同一介质板4上，所述发射天线1、接收天线2和傀儡天线3均在长度方向上相互平行。

所述发射天线1和接收天线2的天线层均位于介质板4的正面，发射天线1和接收天线2的金属地层均位于介质板4的背面；所述发射天线1和接收天线2均包括多个辐射缝隙11、多个金属化通孔12和一个传输端口13；同一天线内，设天线沿其长度方向的中心线为其轴线，相邻的两个辐射缝隙11左右交替地设置在轴线的两侧，相邻的两个辐射缝隙11在轴线方向上的中心距离相等，位于轴线两侧的辐射缝隙11距离轴线的距离均相等；同一天线内，多个金属化通孔12将多个辐射缝隙11围成半包围状，多个金属化通孔12由两列金属化通孔12和一行金属化通孔12组成，两列金属化通孔12均平行于轴线且对称设置在轴线的两侧，一行金属化通孔12设置在天线轴线方向远离传输端口13的一端，一行金属化通孔12将两列金属化通孔12衔接成半包围状，所述传输端口13位于天线轴线方向的另一端。

如图8所示，所述传输端口13设置在发射天线1和接收天线2的远离一行金属化通孔12的一端，且所述传输端口13设置在两列金属化通孔12的之间；所述传输端口13为尖劈结构，即在介质板4的正面设置有正面直角三角形区域，在介质板4的背面设置有背面直角三角形区域，正面直角三角形区域的一条直角边和背面直角三角形区域的一条直角边均与介质板4的底边边缘重合，且正面直角三角形区域的一条直角边和背面直角三角形区域的一条直角边在介质板4的正面上沿介质板4厚度方向的投影重合，正面直角三角形区域和背面直角三角形区域关于天线轴线对称；所述正面直角三角形区域和背面直角三角形区域在沿介质板4的厚度方向投影相交的部分呈镂空状；图8中实线表示介质板4正面的尖劈结构的示意图，虚线表示介质板4背面的尖劈结构的示意图。

所述介质板4的正面和背面上，在多个辐射缝隙11、多个金属化通孔12、传输端口13的正面直角三角形区域和背面直角三角形区域之外的位置上均经覆铜处理；金属化通孔12的洞壁材质为铜金属，其将介质板4的正面的覆铜区域和背面的覆铜区域连接成整体。

所述傀儡天线3的结构与发射天线1和接收天线2去除传输端口13后的结构相同；所述发射天线1远离接收天线2的一侧、接收天线2远离发射天线1的一侧均设置四列傀儡天线3。

所述发射天线1和接收天线2均为多个，所述傀儡天线3还分别设置在系统中发射天线1与发射天线1之间、接收天线2与接收天线2之间。

所述介质板4采用Rogers 3003板材，其介电常数为3.0，厚度为0.254mm。

实施例：

本实用新型的实施例中，发射天线1为两列，两列发射天线1的中心间距为1.5倍电磁波波长，两列发射天线1中间插入两列傀儡天线3，每列天线之间的中心间距均为0.5倍电磁波波长；接收天线2为三列，三列接收天线2之间的中心间距均为0.5倍电磁波波长；两列发射天线1和三列接收天线2的最外侧均设有四列傀儡天线3，每列天线之间的中心间距均为0.5倍电磁波波长；两列发射天线1形成的天线单元和三列接收天线2形成的天线单元之间设有四列傀儡天线3，每列天线之间的中心间距均为0.5倍电磁波波长。

为了验证本实用新型具有抑制互耦效应的效果，分别对未设置傀儡天线3的天线系统和本实用新型天线系统进行测试，通过对比分析得出相关结论。

对未设置傀儡天线3的天线系统进行测试，得到未设置傀儡天线3的天线系统发射天线的方向图和接收天线的方向图，分别如图3、图4所示；根据图3可以得出，发射天线在波束覆盖的±50°范围内，水平方向的增益具有较大的波动，波动幅度大约±2dB；根据图4可以得出，接收天线在波束覆盖的±50°范围内，水平方向的增益同样具有较大的波动，波动幅度大约±2.5dB。

对本实用新型天线系统进行测试，得到本实用新型天线系统发射天线的方向图和接收天线的方向图，分别如图5、图6所示；根据图5可以得出，发射天线在波束覆盖的±50°范围内，水平方向的增益波动起伏较小，波动幅度大约±0.5dB；根据图6可以得出，接收天线在波束覆盖的±50°范围内，水平方向的增益波动同样起伏较小，波动幅度大约±0.5dB。

通过以上测试结果的对比，可以看出，本实用新型天线系统通过在天线之间设置傀儡天线3，有效抑制了天线之间的互耦效应，降低了天线的波动幅度，提高了阵列天线的性能。

同样的，分别对未设置傀儡天线3的天线系统和本实用新型天线系统进行测试，分别得到两个系统的收发天线之间的隔离度，如图7所示，其中三角形所在的折线图表示的为未设置傀儡天线3的天线系统的收发天线之间的隔离度的仿真图，五角星所在的折线图表示的为本实用新型天线系统的收发天线之间的隔离度的仿真图；根据图7可以得出，未设置傀儡天线3的天线系统的收发天线之间的隔离度为-19dB，本实用新型天线系统的收发天线之间的隔离度为-30dB；通过以上测试结果的对比，可以看出，本实用新型天线系统通过在天线之间设置傀儡天线3，提高了收发天线之间的隔离度。

对于一列发射天线1或接收天线2的传输端口13，对其分别采用尖劈结构(如图8所示)和传统的鳍线结构(如图9所示)时的插损和端口反射系数进行测试，测试结果如图10、图11所示，图10为传输端口13采用尖劈结构时的测试图，图11为传输端口13采用传统的鳍线结构时的测试图，从图10和图11中可以看出，在71～79GHz的工作频段内，两种情况下，传输端口13的插损均约为0.45dB，反射系数均小于-20dB，均实现了良好的匹配特性和宽带特性。

因此，传输端口13采用尖劈结构和传统的鳍线结构都能实现很好的阻抗匹配，但是尖劈结构易于加工，降低了加工难度。

综上所述，本实用新型的天线系统在各天线之间加入了傀儡天线，傀儡天线的结构与发射天线和接收天线去除传输端口后的结构相同，其能够有效抑制天线之间的互耦效应，降低了天线的波动幅度，同时提高了发射天线和接收天线之间的隔离度。