一种采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在天线领域应用的小型化电磁带隙结构，特别涉及一种采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵。
【背景技术】
[0002]随着电子信息技术的蓬勃发展，天线在各种设备中的应用也更加广泛。为了适应现代通讯设备的集成度高的需求，天线的研发也向小型化迈进，同时对天线的性能要求也越来越高。其中阵列天线不仅实现了小型化，而且极大地提高了天线的方向性和增益。但是在实现小型化的同时，天线的阵列单元不断地靠近，会导致互耦更加严重，即一个天线上的电流会在另一天线上产生感应电流，影响天线阵列的增益、方向图等性能，使天线阵列的一个或多个单元无法正常工作。因此，我们需要通过各种方式抑制天线阵列中各天线单元间的互耦。电磁带隙结构能阻止特定频段的电磁波传播，达到抑制阵列天线单元之间的互耦目标。
[0003]根据检索发现，针对互耦抑制结构的设计已开展了相关的研究，已经提出的互耦抑制结构涵盖多种形状。其中最常见的互耦抑制结构是蘑菇型结构，但是结构单元较大;为了缩小单元结构尺寸，很多更紧凑的结构被提出，比如Alexander Stark提出的小型结构更容易实现阵列的密集化，但结构较复杂，加工难度大;唐万春等提出了一种C型凹槽平面电磁带隙结构，有效抑制同步开关噪声并减少去耦电容的使用;张道亮等设计的一种小型多频带电磁带隙结构，通过刻蚀四个中心对称的F形槽，延长等效电流路径的同时形成多个谐振回路，实现了小型化和多频带的综合设计。本发明采用阿基米德螺旋槽线和费马槽线的组合槽线，电磁带隙结构单元也非正方形，相对传统电磁带隙结构，设计的自由度更大，应用更加灵活，小型化程度也更高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题:克服现有技术的不足，提供一种采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构使得四元圆极化天线阵之间的互耦降低，改善天线阵性能。
[0005]本发明采用的技术方案为:一种采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵，包括费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构和四元圆极化天线阵，其中:
[0006]所述的费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构包括金属贴片、电磁带隙结构介质基板、金属地板、金属化过孔、圆形通孔和方形通孔，电磁带隙结构介质基板具有平行的第一表面和第二表面，第一表面为周期性排列的金属贴片，第二表面为金属地板；
[0007]所述的四元圆极化天线阵包括辐射贴片、天线介质基板、金属地板、金属化过孔和圆形通孔，天线介质基板具有平行的第一表面和第二表面，第一表面为辐射贴片，第二表面为金属地板。
[0008]其中，电磁带隙结构单元为双金属化过孔结构，其长宽比为3:1，单元间距相等。
[0009]其中，电磁带隙结构介质基板的第一表面为周期性排列的矩形金属贴片沿长边可分为三部分，依次记为第1子单元、第2子单元和第3子单元，第1子单元与第3子单元中心有金属化过孔，且带有相同圈数和相同旋向的阿基米德螺旋槽线，阿基米德螺旋槽线起点分别位于金属化过孔内侧。费马槽线位于第2子单元，槽线两端将第1子单元和第3子单元的阿基米德螺旋槽线末端相连接。第1子单元的阿基米德螺旋槽线、第2子单元的费马槽线与第3子单元的阿基米德螺旋槽线三条槽线相连通。
[0010]其中，所述的方形通孔位于电磁带隙结构介质基板的四个角，每个方形通孔四角周围排布有四个圆形通孔。
[0011]其中，辐射贴片为正方形，通过贴片对角切角实现圆极化，采用同轴线馈电，同轴线内导体通过金属化过孔与辐射贴片相焊接，同轴线外导体与天线介质基板第二表面的金属地板相焊接，四个圆极化天线单元位于费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的四角，且依次旋转90度，天线单元的馈电同轴线通过电磁带隙结构介质基板的方形通孔，依次穿过电磁带隙结构介质基板第一表面和第二表面。
[0012]其中，圆极化天线单元四角有四个圆形通孔，与费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的四个方形通孔周围的四个圆形通孔直径和孔间距相同，用于将圆极化天线固定在电磁带隙结构介质基板的第一表面上。
[0013]本发明的原理在于:
[0014]一种采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵，包括:费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构和四元圆极化天线阵，其结构实现如下:
[0015]所述的费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构包括:金属贴片、电磁带隙结构介质基板、金属地板、金属化过孔、圆形通孔和方形通孔。电磁带隙结构介质基板具有平行的第一表面和第二表面，第一表面为周期性排列的金属贴片，第二表面为金属地板。费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构单元长宽比为3:1，单元间距相等;介质基板的第一表面为周期性排列的矩形金属贴片，且金属贴片间距相等。费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的四个方形通孔位于介质基板的四个角，每个方形通孔四角周围排布四个圆形通孔，其中方形通孔周围的四个圆形通孔的位置与四元圆极化天线阵单元的圆形通孔相配合，用于固定天线阵列。
[0016]周期性排列电磁带隙结构单元的矩形金属贴片沿长边可分为三部分，依次记为第1子单元、第2子单元和第3子单元，每部分均为正方形。第1子单元与第3子单元中心均有金属化过孔，且带有相同圈数和相同旋向的阿基米德螺旋槽线，阿基米德螺旋槽线起点分别位于金属化过孔内侧。费马槽线位于第2子单元，槽线两端将第1子单元和第3子单元的阿基米德螺旋槽线末端相连接。第1子单元的阿基米德螺旋槽线、第2子单元的费马槽线与第3子单元的阿基米德螺旋槽线三条槽线相连通。所述的四元圆极化天线阵包括:辐射贴片、天线介质基板、金属地板、金属化过孔和圆形通孔。天线介质基板具有平行的第一表面和第二表面。第一表面为辐射贴片，第二表面为金属地板。辐射贴片为正方形，通过贴片对角切角实现圆极化，采用同轴线馈电，同轴线内导体通过金属化过孔与辐射贴片相焊接，同轴线外导体与天线介质基板第二表面金属地板相焊接。四个圆极化天线单元位于费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的四角，且依次旋转90度。天线单元的馈电同轴线通过电磁带隙结构介质基板的方形通孔，依次穿过电磁带隙结构介质基板第一表面和第二表面。
[0017]本发明的一种采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵的技术方案，具有以下有益效果:
[0018](1)、本发明采用费马-阿基米德螺旋槽线和双过孔结构，增大等效电感，有利于实现电磁带隙结构的小型化和宽带化，拓展了电磁带隙结构的应用范围。
[0019](2)、本发明将四元圆极化天线阵与费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构相结合，能够更加有效地抑制天线单元间互耦。
[0020](3)、本发明是一种费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵，可供优化的设计参数多，设计自由度大。
【附图说明】
[0021]图1A为本发明实施例的采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵正面俯视图；
[0022]图1B为本发明实施例的采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵侧视图；
[0023]图1C为本发明实施例的采用费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵背面俯视图；
[0024]图2A为本发明实例的费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的单元正面俯视图；
[0025]图2B为本发明实例的费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的单元侧视图；
[0026]图3为本发明实例的费马-阿基米德螺旋槽线双过孔电磁带隙结构的低互耦天线阵与传统四元圆极化天线阵单元间互耦仿真结果比较。
[0027]图中附图标记的含义为:
[0028]100:第一表面；
[0029]101:金属贴片；
[0030]200:第二表面；
[0031]201:金属地板；
[0032]300:电磁带隙结构介质基板；
[0033]301:电磁带隙结构圆形通孔；
[0034]302:方形通孔；
[0035]303:电磁带隙结构金属化过孔；
[0036]400:天线单元；
[0037]401:辐射贴片；
[0038]402:天线介质基板；
[0039]403:天线的金属地板；
[0040]404:辐射贴片切角；
[0041]405:天线的圆形通孔；
[0042]406:天线的金属化过孔；
[0043]500:电磁带隙结构单元；
[0044]501:电磁带隙结构单元的第1子单元；
[0045]502:电磁带隙结构单元的第2子单元；
[0046]503:电磁带隙结构单元的第3子单元；
[0047]601:第1子单元的阿基米德螺旋槽线；
[0048]602:费马槽线；
[0049]6