专利名称：一种高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信以及导航定位的微带天线技术领域，特别是一种高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵。
背景技术：
在各种卫星通信以及导航定位系统中，单片微带介质天线以及介质平面板上形成的由单片微带介质单元组成的微带天线阵，已被广泛应用。可是这种单片微带介质天线阵在使用时，天线阵在一定场波瓣范围上增益比微带介质单元有所提高，可是不能实现在宽角度场波瓣上比较均匀地提高增益。可是在卫星通信，导航定位系统中，要求在宽角度场波瓣内有比较一致的高增益天线。解决上述问题的方法是使用本发明的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵。
发明内容为了实现高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，本发明提出一种制作高增益和宽角度场波瓣的天线阵的方法。
为达到本发明的目的，本发明所采用的技术方案是通过多面体的微带介质板上形成微带天线阵。通过考虑所需天线阵的增益和场波瓣，来设计多面体的结构，例如天线阵设计为台面形状，可以使天线阵3dB场波瓣接近或大于180度。天线阵设计为球面多面体形状，可以使天线阵3dB场波瓣接近360度。
这种可以用于高增益和宽角度场波瓣的多面体微带天线阵，由多面体的微带介质板1上形成微带金属贴片2，接地反射面3和馈线4构成微带天线单元5，从而进一步组成天线阵。作为接收天线，这种天线经过一段馈线4和信号合成器6将各微带天线单元5接收到的信号进行信号合成。作为发射天线，这种天线经过一个信号功率分配器7将发射机出来的信号经过一段馈线4，分配到各微带天线单元5发射出去。
此天线阵的最明显的特征和优点是可以根据需要设计出微带介质板结构与底面任意角度的任意多面体，来满足高增益和宽角度场波瓣的要求。这里由多面体的微带介质板1上形成微带天线阵中的微带天线单元5，可以是单层基板也可以是多层基板形成的各种介质天线单元。由多面体构成的微带介质天线阵，可以是球面多面体，整体天线的3dB场波瓣形成超过180度，例如近似360度的全方位天线阵。
为了提高整个接收机系统的灵敏度，对于接收用的微带介质天线阵中的各个微带天线单元5后可以连接附加低噪声放大器8，信号经过各个低噪声放大器放大，进入到信号合成器6，进行信号合成。同样，为了提高整个发射机的效率，对于发射用的微带介质天线阵中的各个微带天线单元5后可以连接附加功率放大器9，发射机分配出来的信号，在各个功率放大器9进行放大后，经天线发射到空间。
由多面体的微带介质板(1)上的微带金属贴片(2)，接地反射面(3)和馈线(4)构成微带天线单元(5)，从而进一步组成多面体微带天线阵，作为接收天线，这种天线经过一段馈线(4)和信号合成器(6)将各微带天线单元(5)接收到的信号进行信号合成。
由多面体的微带介质板(1)上的微带金属贴片(2)，接地反射面(3)和馈线(4)构成微带天线单元(5)，从而进一步组成多面体微带天线阵，作为发射天线，这种天线经过一个信号功率分配器(7)将发射机出来的信号经过一段馈线(4)，分配到各微带天线单元(5)发射出去。
从更广义的角度来讲，多面体的微带介质板上，由微带介质天线单元5构成天线阵中的每个面体上可以包含一个以上微带介质天线单元，在这个平面体内的多个微带介质天线单元组合，可以被认为是微带天线阵中的一个子天线阵。这个子天线阵可以提高在这个面体上的天线增益。由于子天线阵中的由多面体的微带介质天线单元的工作频率及频率范围可以是相同的，也可以是不同的。因而设计出的各个微带介质天线单元5的几何尺寸可以是相同的，也可以是不同的。进而微带天线阵的频带可以成为宽带或者多频带天线阵。
参照图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8，这种微带天线阵各部分的说明如下(1).微带介质板1(2).微带金属贴片2(3).接地反射面3(4).馈线4微带金属贴片2与信号合成器6之间连接用，或微带金属贴片2与低噪声放大器8之间连接用。
(5).微带天线单元5(6).信号合成器6可以是微带结构的信号合成器，也可以是波导结构的信号合成器。
(7).信号功率分配器7可以是微带结构的信号功率分配器，也可以是波导结构的功率分配器。
(8).低噪声放大器8(9).功率放大器9(10).馈线10低噪声放大器8与信号合成器的6之间连接用，或功率放大器9与信号功率分配器7之间连接用。
发明的有益效果由于本发明是利用多面体介质板构成微带天线阵，多面体的角度的设计的灵活性，因此本发明具有以下优点a.天线阵具有宽角度场波瓣。
b.实现宽角度场波瓣范围的高增益。
c.配合接收机，可以提高接收机在宽角度场波瓣上，各个方向的灵敏度。
d.配合发射机，可以提高发射机在宽角度场波瓣上，各个方向的功率辐射。
e.适合卫星通信，卫星导航定位收发信机的应用。
图1是本发明的微带天线阵形状示意图。
图2是本发明的多面体微带天线阵中的微带天线单元的结构示意图。
图3是本发明的多面体微带天线阵作为接收天线时的信号合成图。
图4是本发明的多面体微带天线阵作为发射天线时的信号功率图。
图5是本发明实施前后，天线方向图的示意图。
图6是微带介质接收天线阵中的各个微带天线单元5配合各个低噪声放大器8放大，进行信号合成的示意图。
图7是微带介质接收天线阵中各个微带天线单元5可以连接附加功率放大器9，经天线发射到空间示意图。
图8是以图1中的4面体锥体微带天线单元5垂直的微带天线阵截面图。
具体实施方式本发明公开了一种可以用于通信，导航定位的高增益和宽角度场波瓣的天线阵，其包括在由多面体的微带介质板上形成微带介质天线阵，经过一个信号功率合成器将各微带天线接收到的信号进行信号合成。其特点是多面体的微带介质板根据需要可以设计为与底面任意角度的任意多面体，来满足高增益和宽场波瓣的要求。
请参阅图1，这是本发明，即4面体锥体为例的微带天线阵形状示意图。
该天线包括由多面体的微带介质板(1)上的微带金属贴片(2)，接地反射面(3)和馈线(4)构成微带天线单元(5)，从而进一步组成多面体微带天线阵，其特征是多面体的微带介质板根据需要可以设计为与底面任意角度的任意多面体，来满足高增益和宽角度场波瓣的要求。
图2是本发明的多面体微带天线阵中的微带天线单元的结构示意图。
图3是本发明的多面体微带天线阵作为接收天线时，各个微带天线单元的信号合成原理图的例子。
图4是本发明的多面体微带天线阵作为发射天线时，各个微带天线单元的信号功率分配原理图的例子。
图5是本发明实施前后，天线方向图的示意图的例子。其中图5(a)本发明实施前，一个微带天线单元的天线方向图的例子。可以看出一个微带天线单元的天线方向图中的3dB场波瓣比较窄。图5(b)本发明实施后，四面椎体结构的微带天线阵的天线方向图的例子。可以看出天线阵的天线方向图中的3dB场波瓣比一个微带天线单元的3dB场波瓣要宽许多。
这里以接收天线为例并参照图6，这种微带天线阵的微带天线单元5接收到的信号经过一段馈线4，送到低噪声放大器8内放大，并将各微带天线单元5接收到的信号经信号合成器6合成在一起。
图7是微带介质接收天线阵中各个微带天线单元5可以连接附加功率放大器9，发射机分配出来的信号，在各个功率放大器9进行放大后，经天线发射到空间示意图。
图8是以图1中的4面体锥体为例，与微带天线单元5垂直的微带天线阵截面图。这种可以用于高增益和宽角度场波瓣的多面体微带天线阵，由多面体的微带介质板1上形成微带金属贴片2，接地反射面3和馈线4构成如图2整体所示的微带天线单元5，从而进一步组成天线阵。
本发明可作为各种高频及微波系统收发天线使用。体积小，成本低，携带方便。尤其适用于小型化的卫星信号收发天线。
尤其可用于各种卫星通信以及导航定位系统。
权利要求
1.一种可以用于高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，该天线包括由多面体的微带介质板(1)上的微带金属贴片(2)，接地反射面(3)和馈线(4)构成微带天线单元(5)，从而进一步组成多面体微带天线阵，其特征是多面体的微带介质板根据需要可以设计为与底面任意角度的任意多面体，来满足高增益和宽角度场波瓣的要求。
2.根据权利要求1所述的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，其特征在于多面体微带天线阵中的微带天线单元(5)，可以是单层基板也可以是多层基板形成的各种介质天线单元。
3.根据权利要求1或2所述的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，其特征在于多面体微带天线阵的形状，可以是球面多面体，整体天线的场波瓣形成超过180度，近似360度的全方位天线阵。
4.根据权利要求1，2或3所述的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，其特征在于对于接收用的微带天线阵中的各个微带天线单元(5)后可以连接附加低噪声放大器(8)，信号经过各个低噪声放大器放大，进入到信号合成器(6)，进行信号合成。
5.根据权利要求1，2，3或4所述的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，特征在于对于发射用的微带天线阵中的各个微带天线单元(5)后可以连接附加功率放大器(9)，发射机分配出来的信号，在各个功率放大器进行放大后，经天线发射到空间。
6.根据权利要求1，2，3，4或5所述的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，特征在于多面体微带天线阵中的每个面体上可以包含一个以上微带介质天线单元。在这个平面体内的多个微带介质天线单元组合，可以被认为是微带天线阵中的一个子天线阵。
7.根据权利要求1，2，3，4，5或6所述的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，特征在于多面体微带天线阵中的微带介质天线单元的工作频率及频率范围可以是相同的，也可以是不同的。
8.根据权利要求1，2，3，4，5，6或7所述的高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵，特征在于多面体微带天线阵中的各个微带介质天线单元5的几何尺寸可以是相同的，也可以是不同的。
9.一种接收天线，其特征在于该天线包括由多面体的微带介质板(1)上的微带金属贴片(2)，接地反射面(3)和馈线(4)构成微带天线单元(5)，从而进一步组成多面体微带天线阵，这种天线经过一段馈线(4)和信号合成器(6)将各微带天线单元(5)接收到的信号进行信号合成。
10.一种发射天线，其特征在于该天线包括由多面体的微带介质板(1)上的微带金属贴片(2)，接地反射面(3)和馈线(4)构成微带天线单元(5)，从而进一步组成多面体微带天线阵，这种天线经过一个信号功率分配器(7)将发射机出来的信号经过一段馈线(4)，分配到各微带天线单元(5)发射出去。
全文摘要
本发明涉及通信以及导航定位的微带天线技术领域，特别是一种高增益和宽角度场波瓣的微带天线阵。由多面体的微带介质板(1)上的微带金属贴片(2)，接地反射面(3)和馈线(4)构成微带天线单元(5)，从而进一步组成多面体微带天线阵，其特征是多面体的微带介质板根据需要可以设计为与底面任意角度的任意多面体，来满足高增益和宽角度场波瓣的要求。其特点是多面体的微带介质板根据需要可以设计为与底面任意角度的任意多面体，来满足高增益和宽角度场波瓣的要求。本发明可作为各种高频及微波系统收发天线使用。体积小，成本低，携带方便。尤其适用于小型化的卫星信号收发天线。
文档编号H01Q13/08GK1845379SQ200510063879
公开日2006年10月11日 申请日期2005年4月8日 优先权日2005年4月8日
发明者阎跃鹏 申请人:中国科学院微电子研究所