專利名稱：一種寬帶單層微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種單層介質(zhì)微帶貼片天線的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，具體是一種寬 帶、金屬背腔結(jié)構(gòu)、薄單層介質(zhì)凸形微帶貼片天線。本實(shí)用新型既可用于 接收，也可用于發(fā)射無(wú)線電波。
背景技術(shù)：
寬帶天線在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同時(shí)，在某些具體的
應(yīng)用中，對(duì)于天線陣還有諸如體積、重量、效率和環(huán)境適應(yīng)性等方面的 特殊要求。例如對(duì)于機(jī)/星載平臺(tái)，要求天線剖面薄、重量輕、效率高并 且滿足一定環(huán)境應(yīng)用條件。
適合于平面天線陣的輻射天線有多種形式，主要有波導(dǎo)縫隙天線陣、 印刷振子和微帶貼片天線陣等。波導(dǎo)縫隙天線陣效率高，但重量重、加工 成本高；印刷振子天線陣剖面高、構(gòu)成平面陣列時(shí)結(jié)構(gòu)組裝相對(duì)復(fù)雜；微 帶貼片天線具有剖面4氐、易于批量加工構(gòu)成大型平面天線陣，^f旦其帶寬窄。 對(duì)于天線形式的選擇需要根據(jù)實(shí)際要求，綜合各方因素折中考慮。
微帶天線由于擁有剖面低、重量輕、易于加工和易于與其它有源器件 集成等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此，具有廣闊的應(yīng)用范圍。
普通的微帶天線具有阻抗帶寬窄的缺點(diǎn)，研究人員對(duì)展寬微帶天線的 阻抗帶寬已經(jīng)做了大量的研究，比較典型的方法有
1.采用多層貼片的方式，尤其是雙層貼片天線形式，通過(guò)上下不同大 小的貼片構(gòu)成雙諧振點(diǎn)，從而增加微帶天線的阻抗帶寬。但這種結(jié)構(gòu)有其 固有的缺點(diǎn)，即，需要多層介質(zhì)板，典型結(jié)構(gòu)如雙層微帶貼片天線，它包 括了輻射饋電介質(zhì)層、寄生貼片介質(zhì)層和兩者之間的泡沫層，多層介質(zhì)通 過(guò)粘結(jié)組裝，這種結(jié)構(gòu)具有幾個(gè)明顯的缺陷，即，不同材料介質(zhì)板粘結(jié)的 粘膠選擇和加工工藝問(wèn)題；不同材料熱漲系數(shù)差異帶來(lái)整個(gè)天線熱變形問(wèn) 題；對(duì)于星載SAR天線而言還有天線陣面熱傳導(dǎo)低下的問(wèn)題；不利于有源相控陣天線熱設(shè)計(jì)。
2. 采用同軸饋電形式的各種槽(如E型槽，U型槽等)加載的微帶貼 片天線也能增加;欽帶天線的阻抗帶寬。這類結(jié)構(gòu)的貼片天線單元在組成大 型平面天線陣(非兩維較大角度掃描陣，如一維掃描陣，或另一維較小掃描 陣。比較典型的應(yīng)用實(shí)例是星載合成孔徑雷達(dá)中的二維有源相控陣天線， 其距離向通常要求掃描±20。左右，而方位向掃描僅土1。左右，因此整個(gè) 相控天線陣通常由許多獨(dú)立的多單元構(gòu)成)時(shí)有其固有的缺陷每個(gè)輻射單 元都采用探針饋電不利于加工，并且大量探針與微帶貼片之間的垂直焊點(diǎn) 降低了系統(tǒng)的可靠性；為了組成平面陣，仍需要額外的功分網(wǎng)絡(luò)；另外， 這些天線單元的介質(zhì)板厚度通常都較厚，因此增加了天線的重量，且不利 于微帶功分網(wǎng)絡(luò)共面設(shè)計(jì)。
3. 其它諸如L形微帶和終端加載等電磁耦合饋電微帶貼片天線都具有 以上向類似的結(jié)構(gòu)缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有普通的微帶天線存在阻抗帶寬窄的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提 供一種寬帶金屬背腔結(jié)構(gòu)薄單層介質(zhì)凸形微帶貼片天線。具有良好的寬頻 帶特征，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于組成平面陣。
實(shí)現(xiàn)上述目的的具體技術(shù)方案如下
一種寬帶單層微帶貼片天線包括具有微帶貼片、微帶介質(zhì)板和金屬背 腔的微帶貼片天線，所述微帶貼片位于微帶介質(zhì)板的正面中部；
所述微帶貼片為單層凸形微帶貼片，具有兩種寬度的階梯狀共面微帶 線的 一端通過(guò)凸形微帶貼片上的開(kāi)槽插入貼片天線內(nèi)，饋電微帶線的另一 端位于微帶介質(zhì)板的邊緣；
與微帶貼片相對(duì)應(yīng)處之外的微帶介質(zhì)板背面設(shè)有金屬地層，整個(gè)微帶 介質(zhì)板背面還設(shè)有結(jié)構(gòu)支撐板，與微帶貼片相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)支撐板中部設(shè)有 內(nèi)凹背腔，內(nèi)凹背腔的內(nèi)表面設(shè)有金屬層，形成金屬背腔。
所述凸形微帶貼片下部的矩形部分尺寸為L(zhǎng)=15mm， W=7. 6mm,其上部凸 出部分尺寸為L(zhǎng)l=l 0，W1=1. 2mm;所述凸形^[效帶貼片上的開(kāi)槽為矩形槽；
4所述插入貼片內(nèi)部的共面微帶線的寬度W2為1. 9mm，長(zhǎng)度L2為9. 9隱， 相連接的另一段共面微帶線的寬度Wf為0. 3mm。
所述金屬背腔緊貼在微帶介質(zhì)板的背面，位于微帶貼片的正下方，金 屬背腔高度Hc為3. 5mm，背腔口徑尺寸長(zhǎng)度Lc為16. 4mm，寬度Wc為16. 4mm。
所述微帶介質(zhì)板材料為聚四氟乙烯(RT6002 )，介電常數(shù)為2.94;厚度 Hd為0. 508毫米，長(zhǎng)度L0為30mm，寬度W0為30mm。
所述結(jié)構(gòu)支撐板可為普通鋁蜂窩結(jié)構(gòu)板或金屬板。 本實(shí)用新型具有以下幾幾方面的有益技術(shù)效果
采用共面微帶線對(duì)凸形微帶貼片進(jìn)行饋電，降低大型平面微帶天線陣 的加工難度，并且采用薄微帶介質(zhì)板以利于階梯狀共面微帶線的設(shè)計(jì)，易 于構(gòu)成大型微帶貼片天線陣；
充分利用大型微帶平面陣的結(jié)構(gòu)支撐板，在凸形微帶貼片正下方的結(jié) 構(gòu)支撐板上開(kāi)矩形腔體，以便增加凸形微帶貼片微帶介質(zhì)板的有效厚度和 降低有效介電常數(shù)，實(shí)現(xiàn)^t帶貼片天線寬帶性能。
階梯狀共面微帶線通過(guò)凸形微帶貼片上的開(kāi)槽，深入到貼片天線內(nèi)部， 并且選擇不同的微帶線的寬度，有利于天線的阻抗匹配。
天線背腔凹槽開(kāi)于結(jié)構(gòu)板中，減少了結(jié)構(gòu)板實(shí)體部分，電、機(jī)一體化 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)天線減重約17%。
所述改進(jìn)的寬帶凸形微帶貼片天線采用階梯狀共面微帶線進(jìn)行饋電， 可以與微帶功分網(wǎng)絡(luò)一起印刷在微帶介質(zhì)板上，容易組成大型平面天線陣， 結(jié)構(gòu)筒單，易于加工；采用薄層介質(zhì)板有利于微帶功分網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，并且 降低了天線重量；充分利用微帶天線陣的結(jié)構(gòu)支撐板，使展寬帶寬的背腔 與結(jié)構(gòu)板一體化設(shè)計(jì)，無(wú)額外增加設(shè)備，并且降低了結(jié)構(gòu)板的重量。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、橫截面小。


圖1為本實(shí)用新型天線的結(jié)構(gòu)俯^L圖2為本實(shí)用新型天線沿圖1中AA，的剖面圖3為本實(shí)用新型天線的凸形微帶貼片l結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；圖4為本實(shí)用新型天線的階梯共面微帶線2結(jié)構(gòu)尺寸示意圖5為本實(shí)用新型天線的背腔3和微帶介質(zhì)板4結(jié)構(gòu)尺寸示意圖6為本實(shí)用新型天線輸入端口反射系數(shù)結(jié)果圖7為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例8單元微帶天線線陣結(jié)構(gòu)示意圖8為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例8 x 8微帶天線子陣結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。 實(shí)施例1:
參見(jiàn)圖1和圖2, —種寬帶金屬背腔式單層凸形微帶貼片天線包括凸形 微帶貼片1、具有兩種寬度的階梯狀共面微帶線2、背腔3、微帶介質(zhì)板4、 結(jié)構(gòu)支撐板5和金屬地6。
具有兩種寬度的共面微帶線2的一端通過(guò)凸形微帶貼片上的開(kāi)槽插入 到貼片天線內(nèi)部，饋電微帶線2的另一端位于微帶介質(zhì)板4的邊緣；
與微帶貼片1相對(duì)應(yīng)處之外的微帶介質(zhì)板4背面設(shè)有金屬地層6,整個(gè) 微帶介質(zhì)板4背面還設(shè)有結(jié)構(gòu)支撐板5，與微帶貼片1相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)支撐板 5中部為內(nèi)凹背腔3，內(nèi)凹背腔3的內(nèi)表面設(shè)有金屬層，形成金屬背腔。
如圖3所示，凸形微帶貼片1長(zhǎng)度L為15mm，寬度W為7. 6mm;凸形微 帶貼片1邊桑彖一側(cè)凸起部分長(zhǎng)Ll為3. Omm，寬Wl為1. 2mm;凸形孩i帶貼片1 邊緣另一側(cè)開(kāi)有一長(zhǎng)度Ls為6. 8mm寬度Ws為4. 9隱的矩形槽，以便階梯 狀共面微帶線2能伸入凸形微帶貼片1內(nèi)部。
如圖4所示，階梯狀共面微帶線2伸入凸形微帶貼片1內(nèi)部，階梯狀 共面微帶線2由寬度不同的兩段微帶線組成，與凸形微帶貼片1內(nèi)部直接 相連的微帶線寬度較寬，尺寸分別為長(zhǎng)L2為9. 9mm、寬W2為1. 9mm,階梯 狀共面微帶線2寬度較窄的部分寬度Ws為0. 3mm。
如圖2和圖5所示，結(jié)構(gòu)支撐板5緊貼于微帶介質(zhì)板4的背面，結(jié)構(gòu) 支撐板5內(nèi)有一長(zhǎng)方體內(nèi)凹背腔3,內(nèi)凹背腔3位于凸形微帶貼片1的正下 方，且緊貼于微帶介質(zhì)板4的背面，內(nèi)凹背腔3長(zhǎng)Lc為16. 4隱、寬Wc為 16. 4隱、高Hc為3, 5mm。孩吏帶介質(zhì)板4長(zhǎng)LO為30mm、寬為WO為30mm、厚
6度Hd為0.508mm;孩吏帶介質(zhì)板4材料為聚四氟乙烯。
如附圖2所示，位于背腔3正上方微帶介質(zhì)板4背面的接地銅箔已經(jīng) 被腐蝕去除，去除部分口徑大小與背腔3上部開(kāi)口的口徑大小相同；背腔3 內(nèi)壁鍍有一層銅箔，此銅箔與微帶介質(zhì)板4背面未被腐蝕去除的銅箔良好 接觸，共同構(gòu)成微帶貼片天線的金屬地6。
本實(shí)用新型工作原理如下
凸形微帶貼片l正下方的背腔3中介質(zhì)為空氣，空氣的介電常數(shù)約為1, 降低了凸形孩i帶貼片1下方介質(zhì)的有效介電常數(shù)，有利于展寬微帶貼片天 線的阻抗帶寬；同時(shí)，由于背腔3中的空氣介質(zhì)的存在，也起到了增加凸 形微帶貼片1下方介質(zhì)的等效高度，這也有利于展開(kāi)微帶貼片天線的阻抗 帶寬；采用獨(dú)特的凸形微帶貼片l和背腔3，能形成多個(gè)諧振頻率值，通過(guò) 調(diào)節(jié)凸形貼片l和背腔3的尺寸，能夠調(diào)節(jié)各諧振頻率值間距，當(dāng)各諧振 頻率值間距恰當(dāng)時(shí)，就能效展寬微帶貼片天線的阻抗帶寬；由于下方有背 腔3的微帶介質(zhì)板4的有效介電常數(shù)及等效高度和單純的微帶介質(zhì)板4的 有效介電常數(shù)及等效高度均不相同，故相同寬度微帶線的特性阻抗也不同， 故本實(shí)用新型采用獨(dú)特的階梯狀共面微帶線2對(duì)凸形微帶貼片l饋電，以 便達(dá)到寬帶匹配的目的，從而有效展寬微帶貼片天線的阻抗帶寬；綜上所 述，本實(shí)用新型有效地展寬了微帶貼片天線的阻抗帶寬，從而極大地提高 了性能。
另外，本實(shí)用新型采用與微帶貼片共面的微帶線饋電方式，有利于由 子陣級(jí)組成大型天線陣的加工。 本實(shí)用新型性能如下
附圖6為本實(shí)用新型X波段天線單元Sll參數(shù)隨頻率變化的曲線。在 S11《-10dB的考核條件下，阻抗帶寬為4. 36GHz ( 8. 6GHz到12. 96GHz), 即天線的相對(duì)阻抗帶寬為40°/。，而常規(guī)單層微帶貼片天線帶寬僅在1%之內(nèi)。
實(shí)施例2:
本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖7所示，是一應(yīng)用于X波段8元微 帶天線線陣，此線陣由4個(gè)2單元陣沿直線平移而成，2單元間采用反相饋電方式，8個(gè)凸形微帶貼片1與共面的1: 8微帶功分網(wǎng)絡(luò)7相連構(gòu)成一個(gè)線 陣，最終與一個(gè)同軸連接器8通過(guò)垂直焊接。 實(shí)施例3:
本實(shí)用新型的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖8所示，該8 x 8孩史帶天線子陣由 圖7所示8元線陣沿同一方向平移而成，此子陣與T/R組件相連，輔以電 源、波控和安裝結(jié)構(gòu)件等可以擴(kuò)展成大型子陣級(jí)有源相控陣天線。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的詳細(xì)說(shuō)明， 不能認(rèn)定本實(shí)用新型具體實(shí)施僅限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，如不同形狀的貼片和背腔，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新 型由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的實(shí)用新型保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種寬帶單層微帶貼片天線，包括具有微帶貼片、微帶介質(zhì)板和金屬背腔的微帶貼片天線，所述微帶貼片位于微帶介質(zhì)板的正面中部，其特征在于所述微帶貼片為單層凸形微帶貼片，具有兩種寬度的階梯狀共面微帶線的一端通過(guò)凸形微帶貼片上的開(kāi)槽插入貼片天線內(nèi)，饋電微帶線的另一端位于微帶介質(zhì)板的邊緣；與微帶貼片相對(duì)應(yīng)處之外的微帶介質(zhì)板背面設(shè)有金屬地層，整個(gè)微帶介質(zhì)板背面還設(shè)有結(jié)構(gòu)支撐板，與微帶貼片相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)支撐板中部設(shè)有內(nèi)凹背腔，內(nèi)凹背腔的內(nèi)表面設(shè)有金屬層，形成金屬背腔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特征在于 所述凸形微帶貼片下部的矩形部分尺寸為L(zhǎng)=15mm,W=7. 6mm，其上部凸出部 分尺寸為L(zhǎng)l=3. 0，W1=1. 2mm;所述凸形微帶貼片上的開(kāi)槽為矩形槽，
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特征在于 所述插入貼片內(nèi)部的共面微帶線的寬度W2為1. 9mm，長(zhǎng)度L2為9. 9隱，相 連接的另一段共面微帶線的寬度Wf為0. 3mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特征在于 所述金屬背腔緊貼在微帶介質(zhì)板的背面，位于微帶貼片的正下方，金屬背 腔高度Hc為3. 5mm,背腔口徑尺寸長(zhǎng)度Lc為16. 4mm,寬度Wc為16. 4腿。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特征在于 所述微帶介質(zhì)板材料為聚四氟乙烯(RT6002 ),介電常數(shù)為2.94;厚度Hd 為0. 508毫米，長(zhǎng)度L0為30mm,寬度WO為30mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種寬帶單層微帶貼片天線，其特征在于 所述結(jié)構(gòu)支撐板可為普通鋁蜂窩結(jié)構(gòu)板或金屬板。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種寬帶單層微帶貼片天線。解決了現(xiàn)有普通的微帶天線存在阻抗帶寬窄的問(wèn)題。該天線的微帶貼片為單層凸形微帶貼片，具有兩種寬度的階梯狀共面微帶線的一端通過(guò)凸形微帶貼片上的開(kāi)槽插入貼片天線內(nèi)，饋電微帶線的另一端位于微帶介質(zhì)板的邊緣；與微帶貼片相對(duì)應(yīng)處之外的微帶介質(zhì)板背面與結(jié)構(gòu)支撐板中部設(shè)有內(nèi)凹金屬背腔。本實(shí)用新型易于構(gòu)成大型微帶貼片天線陣；有利于天線的阻抗匹配；有利于微帶功分網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和降低天線重量；有利于展寬天線帶寬；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、橫截面小；提高了天線電訊性能的同時(shí)降低了天線陣整體重量。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK201289899SQ20082021532
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者盧曉鵬, 宋小弟, 張智慧, 張洪濤, 偉 汪 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所