L波段的准八木贴片天线阵列的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及天线领域，特别是L波段的准八木贴片天线阵列。
【背景技术】
[0002]天线是气象探空仪通信系统的重要组成部分。天线的作用是将电磁波发射至空气中或者从空气中接收电磁波。所以天线亦可视为射频收发电路与空气中的信号耦合器。天线的好坏直接影响探空仪设备的性能。天线工作的传播环境比较复杂，对温度、地形等环境方面的影响比较敏感，电磁波在空中传播时会受到多径传播、反射、绕射等各种阻碍，这些都对接收到的信号有一定的影响。由于传输距离远，接收系统中采用定向高增益接收天线，要求接收天线主波束对准发射端。气象探空仪通信系统接收天线一般采用的是四组八木阵子天线阵或者是地面宽波束抛物面天线。
[0003]八木天线是一种典型的定向天线，广泛应用于通信、雷达及其它无线电技术设备中，通常有一个有源阵子、一个反射器与若干个引向器组成。适当调整阵子的长度和它们之间的距离就可以改善天线的频率响应和辐射特性。然而，八木天线只能实现端射辐射，而且无法与载体表面共面安装，但是在无线通信的实际应用中，常常要求天线的主瓣波束在边射方向和端射方向之间，即准端射方向，且天线与载体共面安装。John Huang等人基于微带天线剖面薄、体积小、易于导弹、卫星等载体表面共性，且能够实现准端射的优点，利用微带贴片八木天线实现了上述的要求。
[0004]1989年，John Huang提出了微带贴片八木天线,将一个反射贴片、一个有源贴片和两个引向贴片共4个正方形金属贴片印制在一块介质板正面，介质板背面是金属接地板，采用同轴线馈电，天线工作原理与八木振子天线类似，贴片尺寸很接近但依次减小，经软件仿真并制成实物，测试结果表明这种天线在仰角20° ~60°的范围内增益比普通微带天线明显提高，阻抗带宽比单贴片也稍有展宽，具有准端射方向图。1991年，John Huang又将4个微带贴片八木天线并列组阵以提高增益，应用于美国的MSAT系统中。2007年，Gerald R.DeJean对John Huang提出的结构进行了改进,通过增加引向贴片的个数,采用微带线馈电，提高了天线的增益和前后瓣比(F/ B)，但相对带宽较小。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供L波段的准八木贴片天线阵列，本实用新型采用阵列的方式且在L频段上第一次采用微带贴片八木天线作为天线单元，该天线增益高、结构简单且成本低。
[0006]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0007]根据本实用新型提出的L波段的准八木贴片天线阵列，包括下表面接地的介质基板，还包括设置在介质基板上表面且关于介质基板的质心两两对称的四个天线单元、微带线，所述天线单元包括有源贴片、两个反射贴片、引向贴片；其中，微带线分别与有源贴片连接，两个反射贴片位于有源贴片的同一侧，有源贴片位于两个反射贴片和引向贴片之间。
[0008]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述有源贴片为正方形，反射贴片和引向贴片均为长方形。
[0009]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述反射贴片的长度为宽度的四倍。
[0010]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述引向贴片与有源贴片之间相距0.04个波长。
[0011]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述反射贴片与有源贴片之间相距0.03个波长。
[0012]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述微带线的阻抗为100欧姆。
[0013]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述引向贴片的尺寸为0.423个波长。
[0014]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述天线单元之间相距0.6个波长。
[0015]作为本实用新型所述的L波段的准八木贴片天线阵列进一步优化的方案，所述介质基板为FR4介质板。
[0016]本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0017](I)本实用新型是在准八木天线的基础上采用阵列的方式和运用了天线阵和接收极化天线之间的电力传输效率的方案得到最佳的幅值相位来增大增益，且在L频段上第一次采用微带贴片八木天线作为天线单元来设计高增益天线；
[0018](2)本实用新型提供一个在L波段，增益为9.3dB的高增益天线，该设计结构简单，易于实现，成本低；
[0019](3)在L波段采用准八木贴片天线设计方案，结合阵列天线的优化方式，可以实现比其他的准八木贴片天线增益高，更容易调节的特点，准八木贴片天线阵列使用FR4板材实现，具有成本低及降低面积等特点。
【附图说明】
[0020]图1是准八木贴片天线阵列的结构示意图。
[0021]图2是准八木贴片天线阵列回波损耗sll。
[0022]图3是准八木贴片天线阵增益图。
[0023]图中的附图标记解释为:1-介质基板，2-有源贴片，3-反射贴片，4-引向贴片，5-微带线，6-激励端口。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0025]如图1所示是准八木贴片天线阵列的结构示意图，L波段的准八木贴片天线阵列，包括下表面接地的介质基板I，还包括设置在介质基板I上表面且关于介质基板I的质心两两对称的四个天线单元、微带线5，所述天线单元包括有源贴片2、两个反射贴片3、引向贴片4 ;其中，微带线5分别与有源贴片2连接，两个反射贴片3位于有源贴片2的同一侧，有源贴片2位于两个反射贴片3和引向贴片4之间。
[0026]所述有源贴片2为正方形，反射贴片3和引向贴片4均为长方形，所述反射贴片3的长度为宽度的四倍，所述引向贴片4与有源贴片2之间相距0.04个波长，所述反射贴片3与有源贴片2之间相距0.03个波长，所述微带线5的阻抗为100欧姆，所述引向贴片4的尺寸为0.423个波长，所述天线单元之间相距0.6个波长。所述介质基板I为FR4介质板。板子大小为5mm*164mm*289mm,介质基板I下表面是接地板,上表面刻蚀金属贴片。有源贴片2被馈电后向空间辐射电磁波，使反射贴片3、引向贴片4中产生感应电流，也产生辐射。采用微带线馈电方式，根据得到的最佳激励设计对应的馈电网络，将馈电网络和天线单元组成整体。50Ω的激励端口 6连接同轴线为天线单元馈电。运用了天线阵和接收极化天线之间的电力传输效率的方案得到最佳的幅值相位，设计出对应的馈电网络，将馈电网络和天线单元组成整体。天线印制在5mm*164mm*289mm的FR4介质板上,通过同轴线端进行馈电。如果需要更高的增益，只需再添加辐射单元就可以了。调节微带线馈线的长度导致输入的幅度和相位的改变来实现准端射。
[0027]在一个天线单元中:有源贴片2取值0.47个波长，有源贴片2的凹陷是用来接连100欧姆的微带线。引向贴片4尺寸为0.423个波长，两个反射贴片3的总尺寸为有源贴片2的1.15倍，反射贴片3宽度取反射贴片3的长度的1/4倍，引向贴片4与有源贴片2相距0.04个波长，反射贴片3相距有源贴片2为0.03个波长，两个反射贴片3之间距离与有源贴片2凹陷的尺寸相同同为0.1个波长左右。天线单元与天线单元之间相距0.6个波长。馈线是根据每个天线单元输入电源的幅值相位来设计的，50欧姆的激励端口出来时两条100欧姆的微带线，两条微带线相位相差180度。100欧姆的微带线再分为两条100欧姆的阻抗变换线进行阻抗变化，在连接70.7欧姆的微带线连接到100欧姆的输入端口。
[0028]图2是准八木贴片天线阵列回波损耗sll。在中心频率1670MHz处的回波损耗为_31db左右，表明此天线匹配良好。
[0029]图3是准八木贴片天线阵增益图，为准八木贴片天线阵2D增益图，两条线段分别是XOZ平面和xoy平面的2D增益图。仿真结果表明在1670MHz处3°处增益达到了 9.17左右。而前后比为33左右，有较好的增益和前后比。
[0030]综上所述，L波段的准八木贴片天线阵列的设计已得到验证，运用此方案可以推广到工程应用中去。
[0031]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能为此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
【主权项】
1.L波段的准八木贴片天线阵列，包括下表面接地的介质基板，其特征在于，还包括设置在介质基板上表面且关于介质基板的质心两两对称的四个天线单元、微带线，所述天线单元包括有源贴片、两个反射贴片、引向贴片；其中，微带线分别与有源贴片连接，两个反射贴片位于有源贴片的同一侧，有源贴片位于两个反射贴片和引向贴片之间。
2.根据权利要求1所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述有源贴片为正方形，反射贴片和引向贴片均为长方形。
3.根据权利要求2所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述反射贴片的长度为宽度的四倍。
4.根据权利要求1所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述引向贴片与有源贴片之间相距0.04个波长。
5.根据权利要求1所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述反射贴片与有源贴片之间相距0.03个波长。
6.根据权利要求1所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述微带线的阻抗为100欧姆。
7.根据权利要求1所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述引向贴片的尺寸为0.423个波长。
8.根据权利要求1所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述天线单元之间相距0.6个波长。
9.根据权利要求1所述的L波段的准八木贴片天线阵列，其特征在于，所述介质基板为FR4介质板。
【专利摘要】本实用新型公开了L波段的准八木贴片天线阵列，包括下表面接地的介质基板，还包括设置在介质基板上表面且关于介质基板的质心两两对称的四个天线单元、微带线，所述天线单元包括有源贴片、两个反射贴片、引向贴片；其中，微带线分别与有源贴片连接，两个反射贴片位于有源贴片的同一侧，有源贴片位于两个反射贴片和引向贴片之间。本实用新型提供一个在L波段，增益为9.3dB的高增益天线，该设计结构简单，易于实现，成本低；在L波段采用准八木贴片天线设计方案，结合阵列天线的优化方式，可以实现比其他的准八木贴片天线增益高，更容易调节的特点，准八木贴片天线阵列使用FR4板材实现，具有成本低及降低面积等特点。
【IPC分类】H01Q1-38, H01Q19-185, H01Q21-00, H01Q1-50
【公开号】CN204271254
【申请号】CN201420844355
【发明人】王友保, 顾梦云, 戚纯雷
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年4月15日
【申请日】2014年12月26日