專利名稱：一種介質(zhì)陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種介質(zhì)陣列天線，屬于無線電設(shè)備中天線領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天線是無線電設(shè)備中的關(guān)鍵部件，它承擔(dān)著能量轉(zhuǎn)換功能和定向輻射(或接收)的功能，直接決定電磁能量在空間傳輸?shù)男?，影響整個(gè)無線系統(tǒng)工作效果。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)于天線的小型化、寬頻帶、低損耗等性能提出了更高的要求。在現(xiàn)有天線類型中，介質(zhì)天線因其自身的優(yōu)勢(shì)而得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。介質(zhì)天線中包含有ー個(gè)或 多個(gè)介質(zhì)體組成天線的輻射単元，主要優(yōu)點(diǎn)如下I.易于饋電，可以采用多種饋電方式，例如同軸探針饋電、微帶線饋電、微帶縫隙饋電、共面波導(dǎo)饋電、波導(dǎo)縫隙饋電等。2.天線的體積較小。3.由于不存在導(dǎo)體損耗和表面波損耗，其輻射效率很高。4.功率容量高。由于以上優(yōu)點(diǎn)，介質(zhì)天線得到了廣泛研究，國內(nèi)外發(fā)展了多種原理和結(jié)構(gòu)不同的介質(zhì)天線，如美國John D. Kraus撰寫的天線領(lǐng)域權(quán)威著作《Antennas: For AllApplications》的第17章中介紹了傳統(tǒng)介質(zhì)棒天線，該介質(zhì)天線采用圓柱波導(dǎo)進(jìn)行饋電，不便于組成陣列以獲得更高的輻射效率；《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION》2010 年第 58 卷 12 期論文“Design of short axial length high gaindielectric rod antenna”介紹了由ー種特殊的介質(zhì)棒結(jié)構(gòu)結(jié)成的介質(zhì)天線,天線在中心頻率5. 6GHz處增益可達(dá)16. 7 dBi，但該天線中介質(zhì)棒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易于加工；《2NDEUROPEAN CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION》(EuCAP 2007)第 I 至 5 頁論文“Analysis of dielectric resonator antenna arrays with supporting perforatedrods”中提出了帶有穿孔支桿的介質(zhì)陣列天線，通過口徑耦合微帶線激勵(lì)組成了并饋陣列，但是該天線中介質(zhì)體輻射單元采用了正方形結(jié)構(gòu)，天線的旁瓣和后瓣均比較大。特別是現(xiàn)有的絕大多數(shù)介質(zhì)天線采用高介電常數(shù)介質(zhì)，價(jià)格昂貴，不利于介質(zhì)天線的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種介質(zhì)陣列天線，其特點(diǎn)是采用價(jià)格低廉的低介電常數(shù)介質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于加工、微帶饋電的介質(zhì)陣列天線。本發(fā)明由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)介質(zhì)柱陣列天線采用介質(zhì)柱作為天線輻射單元；為實(shí)現(xiàn)高増益，將多個(gè)介質(zhì)柱按照一定的間距組成天線陣列；該陣列天線采用微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)介質(zhì)柱實(shí)現(xiàn)等幅同相饋電；微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)印刷在印刷電路板的介質(zhì)層上；同軸線內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬地層、介質(zhì)層與微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)連接；同軸線外導(dǎo)體與金屬地層連接；每個(gè)介質(zhì)柱末端安裝有金屬套筒，金屬套筒焊接在圓形金屬貼片上，圓形金屬貼片印刷在介質(zhì)層上，金屬套筒一方面對(duì)介質(zhì)柱起固定作用，另ー方面引導(dǎo)電磁能量傳播到介質(zhì)柱。印刷電路板分為三層，上層為微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，中間為介質(zhì)層，下層為金屬地層。陣列天線的介質(zhì)柱為介電常數(shù)低的聚四氟こ烯、聚こ烯、環(huán)氧樹脂中的任ー種。陣列天線的微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)包括特性阻抗50 Ω微帶線、100Ω微帶線和特性阻抗?jié)u變微帶線，特性阻抗50 Ω微帶線、100Ω微帶線通過特性阻抗?jié)u變微帶線連接,微帶線尾部與圓形金屬貼片連接。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(I)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的圓柱形介質(zhì)柱作為天線的輻射單元，降低了天線的加工難度。 (2)介質(zhì)柱采用價(jià)格低廉的聚四氟こ烯等低介電常數(shù)材料制作，節(jié)約了天線制作成本。(3)介質(zhì)柱通過微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電，該饋電網(wǎng)絡(luò)采用平板印刷技術(shù)，加工制作簡(jiǎn)便、精度高。(4)天線能夠?qū)崿F(xiàn)高增益定向性輻射。


圖I為介質(zhì)陣列天線結(jié)構(gòu)示意2為介質(zhì)陣列天線側(cè)視3為介質(zhì)陣列天線微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)正視圖I.介質(zhì)柱，2.金屬套筒，3.介質(zhì)層，4.金屬地層，5.微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)，6.同軸線，7.特性阻抗為50 Ω的微帶線，8.特性阻抗為100 Ω的微帶線，9.特性阻抗?jié)u變的微帶線，10.圓形金屬貼片圖4為介質(zhì)陣列天線的Sll曲線圖介質(zhì)陣列天線的中心頻率為8. OGHz，從圖上看到其SI K-IOdB的阻抗帶寬為7. 7% (7. 70GHz 8. 32GHz)。圖5為介質(zhì)陣列天線在中心頻率8. OGHz的方向圖介質(zhì)陣列天線的中心頻率為8. OGHz,從圖上看到該天線具有良好的軸向定向福射特性，增益達(dá)到20. 2 dBi。
具體實(shí)施例下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例如圖I 3所示，介質(zhì)柱陣列天線是采用4X4根圓柱形介質(zhì)柱I作為天線輻射單元；介質(zhì)柱的高度為80mm,半徑為4. 4mm,為實(shí)現(xiàn)高增益,將多個(gè)介質(zhì)柱I按照29_31mm中心的間距組成天線陣列；該陣列天線采用微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5對(duì)介質(zhì)柱實(shí)現(xiàn)等幅同相饋電；微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5印刷在印刷電路板的介質(zhì)層3上；同軸線6內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬地層4、介質(zhì)層3與微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5連接；同軸線6外導(dǎo)體與金屬地層4連接；每個(gè)介質(zhì)柱末端安裝有金屬套筒2，金屬套筒焊接在圓形金屬貼片10上，圓形金屬貼片印刷在介質(zhì)層上，金屬套筒一方面對(duì)介質(zhì)柱起固定作用，另ー方面引導(dǎo)電磁能量傳播到介質(zhì)柱。印刷電路板分為三層，上層為微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5，中間為介質(zhì)層3，下層為金屬地層4。陣列天線的介質(zhì)柱I為介電常數(shù)低于2. 08的聚四氟こ烯或聚こ烯或環(huán)氧樹脂制作。陣列天線的微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)的印刷電路板為相對(duì)介電常數(shù)為2. 65的聚四氟こ 烯微波板制作，微波板厚的度為1mm，微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)5包括特性阻抗50 Ω微帶線7、100 Ω微帶線8和特性阻抗?jié)u變微帶線9，特性阻抗50 Ω微帶線7、100 Ω微帶線8通過特性阻抗?jié)u變微帶線9連接，微帶線尾部與圓形金屬貼片10連接。陣列天線的金屬套筒由銅材制作，其高度為10. 5mm，內(nèi)半徑和外半徑分別為4. 4mm 和 5. 9mm。
權(quán)利要求
1.ー種介質(zhì)柱陣列天線，其特征在于該陣列天線是采用介質(zhì)柱(I)作為天線輻射單元；為實(shí)現(xiàn)高増益，將多個(gè)介質(zhì)柱(I)按照一定的間距組成天線陣列；該陣列天線采用微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)對(duì)介質(zhì)柱實(shí)現(xiàn)等幅同相饋電；微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)印刷在印刷電路板的介質(zhì)層(3)上；同軸線(6)內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬地層(4)、介質(zhì)層(3)與微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)連接；同軸線(6)外導(dǎo)體與金屬地層(4)連接；每個(gè)介質(zhì)柱末端安裝有金屬套筒(2)，金屬套筒焊接在圓形金屬貼片(10)上，圓形金屬貼片印刷在介質(zhì)層上，金屬套筒一方面對(duì)介質(zhì)柱起固定作用，另ー方面引導(dǎo)電磁能量傳播到介質(zhì)柱。
2.如權(quán)利要求I所述介質(zhì)柱陣列天線，其特征在于印刷電路板分為三層，上層為微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)，中間為介質(zhì)層(3)，下層為金屬地層(4)。
3.如權(quán)利要求I所述介質(zhì)柱陣列天線，其特征在于該陣列天線的介質(zhì)柱(I)為介電常數(shù)低的聚四氟こ烯、聚こ烯、環(huán)氧樹脂中的任ー種。
4.如權(quán)利要求I所述介質(zhì)柱陣列天線，其特征在于該陣列天線的微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)包括特性阻抗50 Ω微帶線(7)、100 Ω微帶線(8)和特性阻抗?jié)u變微帶線(9)，特性阻抗50 Ω微帶線(7)、100Ω微帶線(8)通過特性阻抗?jié)u變微帶線(9)連接，微帶線尾部與圓形金屬貼片(10)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種介質(zhì)柱陣列天線，其特點(diǎn)是該陣列天線采用介質(zhì)柱(1)作為天線輻射單元；為實(shí)現(xiàn)高增益，將多個(gè)介質(zhì)柱(1)按照一定的間距組成天線陣列；該陣列天線采用微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)對(duì)介質(zhì)柱實(shí)現(xiàn)等幅同相饋電；微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)印刷在印刷電路板的介質(zhì)層(3)上； 同軸線(6)內(nèi)導(dǎo)體穿過金屬地層(4)、介質(zhì)層(3)與微帶并聯(lián)饋電網(wǎng)絡(luò)(5)連接；同軸線(6)外導(dǎo)體與金屬地層(4)連接；每個(gè)介質(zhì)柱末端安裝有金屬套筒(2)，金屬套筒焊接在圓形金屬貼片(10)上，圓形金屬貼片印刷在介質(zhì)層上 ，金屬套筒一方面對(duì)介質(zhì)柱起固定作用，另一方面引導(dǎo)電磁能量傳播到介質(zhì)柱。
文檔編號(hào)H01Q1/36GK102694276SQ20121019173
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者劉長(zhǎng)軍, 楊曉慶, 楊陽, 趙翔, 郭慶功, 閆麗萍, 陳星 , 黃卡瑪 申請(qǐng)人:四川大學(xué)