一种C频段宽带方向图赋形天线的制作方法

本发明涉及一种C频段宽带方向图赋形天线，属于赋形天线设计领域。

背景技术：

在飞行器测控领域，飞行器载体上的测控天线作为射频收发前端，其工作带宽直接关系到射频信号的传输码率，因此，在飞行器本身相对局促的安装环境下能够在较紧凑的结构尺寸下展宽天线的工作带宽是测控天线的一个重点设计方向。另外，飞行器载体环境的另外一个特点是需要防隔热天线窗防护，天线需要安装在天线窗结构内，导致天线口面内陷，会对天线方向图辐射性能造成一定的影响。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种C频段宽带方向图赋形天线，展宽了天线的工作带宽，并通过赋形设计提高了天线在防隔热天线窗安装环境下的方向图辐射性能。

本发明解决的技术方案为：一种C频段宽带方向图赋形天线，包括：上层印制板、下层印制板、天线金属底座、射频连接器、辐射贴片以及金属带线；

天线金属底座上下表面均加工有空腔，下层印制板固定在天线金属底座上表面空腔中，下层印制板上表面加工有金属带线，下表面加工有接地覆铜层；上层印制板固定在天线金属底座上表面，在上层印制板的下表面、与金属带线相对的位置加工有辐射贴片；

射频连接器位于天线金属底座下表面空腔中，射频连接器一端通过探针与金属带线连接，另一端通过射频电缆与外测应答机连接。天线金属底座通过底部法兰安装在天线窗内。

所述辐射贴片的尺寸大于金属带线。

所述辐射贴片的尺寸满足如下公式：

其中，c₀为光速，ε_e1为等效介电常数，L₁和W₁为辐射贴片的长和宽，f_r1为天线工作频率下边频，t₁为上层印制板厚度；

金属带线外轮廓的尺寸满足如下公式：

其中，ε_e2为等效介电常数，L₂和W₂为金属带线外轮廓的长和宽，f_r1为天线中心频率，t₂为下层印制板厚度。

所述金属带线为回字形，材料为表面镀金的铜。

所述天线金属底座下表面空腔高度h满足h＝H-h1-h2，其中H为天线窗高度，h1为天线窗下表面与天线金属底座上表面的间隙，h2为法兰厚度。

所述辐射贴片和金属带线的距离d满足如下公式：

其中λ为天线中心频率波长。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用回字形金属带线和射频连接器组成馈电辐射复合结构，一方面作为馈电结构增加了天线的电流回路路径，有效展宽了天线的阻抗带宽；另一方面作为辐射结构有效增加了天线的方向图辐射带宽。

(2)本发明上层印制板下表面加工有辐射贴片，结合回字形带线辐射结构对天线方向图进行赋形，对天线辐射能量进行有效引向，从而减小由于天线窗安装结构天线口面内陷对方向图辐射性能的影响，有效提高天线的方向图辐射性能。

(3)本发明辐射贴片的尺寸大于金属带线，辐射贴片和金属带线覆盖的频率不同，二者共同作用，进一步展宽了天线方向图辐射带宽。

(4)辐射贴片和金属带线的距离d为天线中心频率波长的1/10，从而保证了馈电辐射复合结构将电磁能量有效耦合到辐射贴片，提高了天线的方向图辐射性能。

附图说明

图1为本发明C频段宽带方向图赋形天线的侧视图；

图2为C频段宽带方向图赋形天线的馈电结构俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明提出一种C频段宽带方向图赋形天线，包括上层印制板2、下层印制板4、天线金属底座3、射频连接器6、辐射贴片7以及金属带线8。

天线金属底座3上下表面均加工有空腔，下层印制板4通过螺钉5a、5b、5c、5d固定在天线金属底座3上表面空腔中，下层印制板4上表面加工有回字形金属带线8，下表面加工有接地覆铜层；上层印制板2通过安装螺钉1a、1b、1c、1d固定在天线金属底座3上表面，在上层印制板2的下表面、与金属带线8相对的位置加工有矩形覆铜层，该矩形覆铜层作为辐射贴片7。电磁能量可以通过金属带线8向辐射贴片7耦合，进而向外辐射电磁信号或者通过辐射贴片7接收，向金属带线8耦合进而接收电磁信号。天线金属底座3上表面空腔为天线中心频率对应波长的1/2。

射频连接器6位于天线金属底座3下表面空腔中，射频连接器6探针一端穿过下层印制板与金属带线8上的焊点焊接，另一端通过射频电缆与外测应答机连接。天线金属底座3通过底部法兰安装在天线窗内。

天线金属底座3下表面空腔高度h满足h＝H-h1-h2，其中H为天线窗高度，h1为天线窗下表面与天线金属底座3上表面的间隙，h2为法兰厚度。

C频段宽带方向图赋形天线的馈电结构由回字形金属带线及射频连接器组成，通过选取焊点位置，保证从射频连接器探针到金属带线之间具有50欧姆良好阻抗匹配。

辐射贴片7以及金属带线8之间存在一个空气间隙，馈电结构通过该空气间隙耦合电磁能量到上层辐射贴片7，从而实现方向图赋形的对外辐射。辐射贴片7和金属带线8的距离d满足如下公式：其中λ为天线中心频率波长。

辐射贴片7的尺寸大于金属带线8。

其中，c₀为光速，ε_e1为等效介电常数，L₁和W₁为辐射贴片7的长和宽，f_r1为天线工作频率下边频，t₁为上层印制板厚度；

金属带线8外轮廓的尺寸满足如下公式：

其中，ε_e2为等效介电常数，L₂和W₂为金属带线8外轮廓的长和宽，f_r1为天线中心频率，t₂为下层印制板厚度。

金属带线8为回字形，材料为表面镀金的铜。

按照本发明方案设计的一种方向图赋形天线，具体参数如下：天线金属底座3上表面空腔为直径40mm的圆形空腔，辐射贴片7为18mm*18mm的正方形，回字形金属带线外轮廓为17mm*17mm的正方形，内轮廓为6mm*6mm的正方形。与相同频率和相同印制板条件下的普通微带天线相比，阻抗带宽和方向图辐射带宽由3％展宽至10％，方向图辐射性能得到了明显提升。

本发明中，回字形金属带线和射频连接器组成的馈电辐射复合结构及辐射贴片结构设计的方法为天线展宽带宽及方向图赋形设计提供了新的思路。使用这种设计方法，可以展宽天线阻抗带宽和方向图辐射带宽，从而提高测控系统数据传输的码率，并通过回字形金属带线加载辐射贴片的辐射结构实现了天线方向图赋形，有效减少了天线窗覆盖对天线辐射性能的影响，保证在载体安装环境下能够有较好的方向图辐射性能。此设计方法可以满足不同工作频率的设计要求。可以广泛地应用于飞行器测控、通信等军事领域，具有很强的实用意义。

另外，可以通过改变金属贴片尺寸、馈电结构尺寸和调整带线宽度的方式，使天线工作在不同的工作频率，使本发明天线形式具有灵活的适应性。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。