一種具有低散射特性的低輪廓貼片天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于貼片天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種具有低散射特性的低輪廓貼片天線。所述低輪廓貼片天線包括第一層介質(zhì)板、設(shè)置于第一層于介質(zhì)板上表面的由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的天線輻射單元、加載在輻射單元上表面的第二層介質(zhì)板、在第二層介質(zhì)板上表面的一個(gè)或多個(gè)尺寸遠(yuǎn)小于工作波長的導(dǎo)電介質(zhì)片和設(shè)置于第一層介質(zhì)板下表面的由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的接地導(dǎo)電平面；所述第二層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電介質(zhì)片的正中心穿過第二層介質(zhì)板與第一層介質(zhì)板上表面的天線輻射單元相連；所述第一層介質(zhì)板上表面的天線輻射單元通過同軸探針/微帶線與接地導(dǎo)電平面相連。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)工作頻帶內(nèi)低散射、制造成本低、易共形等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種具有低散射特性的低輪廓貼片天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于貼片天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有低散射特性的低輪廓貼片天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，電子戰(zhàn)與信息戰(zhàn)的飛速發(fā)展對飛行器和雷達(dá)的隱身技術(shù)要求越來越高，而低輪廓天線因其重量輕，體較小，剖面低和易于共形的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征廣泛應(yīng)用于軍用和民用。所以研制低散射的高速飛行器和雷達(dá)天線對于提高目標(biāo)隱身性能至關(guān)重要。同時(shí)，天線系統(tǒng)也是飛行器和雷達(dá)的重要組成部分，其低散射特性能有效地能避免電磁干擾和雷達(dá)探測，對于改進(jìn)飛行器整體的隱身性能也起到很大的作用。天線作為有源目標(biāo)，不同于普通的散射體，必須保證雷達(dá)波的正常發(fā)送和接收，因此不能簡單地涂敷吸波材料來解決天線的散射問題。正因?yàn)樘炀€這種獨(dú)特的工作特性，實(shí)際設(shè)計(jì)中并不能完全抑制或消除天線的散射。
[0003]目前，國內(nèi)外還沒有找到一種理想有效的途徑，能夠在降低天線散射的同時(shí)不完全影響天線的工作性能，尤其是降低天線工作頻帶內(nèi)的散射一直是很困難的工作。如何在不改變天線輻射特性的基礎(chǔ)上有效降低天線工作頻帶內(nèi)的散射是一個(gè)亟待解決的問題，因此天線散射特性的研究有著非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對【背景技術(shù)】中提到的目前在不改變天線輻射特性的基礎(chǔ)上有效降低天線工作頻帶內(nèi)的散射的問題，本發(fā)明提出了一種具有低散射特性的低輪廓貼片天線。
[0005]一種具有低散射特性的低輪廓貼片天線，其特征在于，所述低輪廓貼片天線包括第一層介質(zhì)板、設(shè)置于第一層于介質(zhì)板上表面的由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的天線輻射單元、加載在輻射單元上表面的第二層介質(zhì)板、在第二層介質(zhì)板上表面的一個(gè)或多個(gè)尺寸遠(yuǎn)小于工作波長的導(dǎo)電介質(zhì)片和設(shè)置于第一層介質(zhì)板下表面的由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的接地導(dǎo)電平面；所述第二層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電介質(zhì)片的正中心穿過第二層介質(zhì)板與第一層介質(zhì)板上表面的天線輻射單元相連；所述第一層介質(zhì)板上表面的天線輻射單元通過同軸探針/微帶線與接地導(dǎo)電平面相連。
[0006]所述天線是微帶天線。
[0007]所述天線輻射單元的形狀是矩形、三角形、六角形、圓形或橢圓形。
[0008]所述導(dǎo)電介質(zhì)片的形狀是矩形、三角形、六角形、圓形或梯形。
[0009]所述導(dǎo)電介質(zhì)片的正中心通過導(dǎo)電介質(zhì)過孔與天線福射單元相連；所述導(dǎo)電介質(zhì)過孔的孔的形狀是矩形、三角形、六角形、圓形或梯形。
[0010]所述導(dǎo)電介質(zhì)過孔是金屬銅化過的導(dǎo)電金屬過孔。
[0011]所述第二層介質(zhì)板上表面具有多個(gè)導(dǎo)電介質(zhì)片時(shí)，所述導(dǎo)電介質(zhì)片之間設(shè)有間隙。[0012]所述導(dǎo)電介質(zhì)片的正中心與天線福射單元通過電磁稱合連接。
[0013]所述天線輻射單元、導(dǎo)電介質(zhì)片和接地導(dǎo)電平面為銅箔。
[0014]一種陣列天線，其特征在于，所述陣列天線由多個(gè)低輪廓貼片天線組成。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0016]1.天線具有低散射特性:本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線比普通低輪廓天線的散射要低，并且可以實(shí)現(xiàn)在天線工作頻帶內(nèi)的低散射特性。
[0017]2.保持天線的輻射特性不變:本發(fā)明在天線輻射單元上加載EBG結(jié)構(gòu)，沒有破壞天線的福射貼片結(jié)構(gòu)，并且不影響天線自身的福射特性。
[0018]3.結(jié)構(gòu)簡單，易于共形，易于系統(tǒng)集成，簡單實(shí)用，可以印刷制作，性能一致性好，適用于批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線的底層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是普通低輪廓貼片天線的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是普通低輪廓貼片天線的底層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6是普通低輪廓貼片天線的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線和普通低輪廓貼片天線的回波損耗的仿真結(jié)果對比圖；
[0026]圖8是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線和普通低輪廓貼片天線在工作中心頻率的E面輻射方向圖的仿真結(jié)果對比圖；
[0027]圖9是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線和普通低輪廓貼片天線在工作中心頻率的H面輻射方向圖的仿真結(jié)果對比圖；
[0028]圖10是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線和普通低輪廓貼片天線在平面波正入射時(shí)在天線工作中心頻率處E面雙站雷達(dá)散射截面仿真結(jié)果對比圖；
[0029]圖11是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線和普通低輪廓天線在平面波正入射時(shí)在天線工作中心頻率處H面雙站雷達(dá)散射截面仿真結(jié)果對比圖；
[0030]其中，1-第一層介質(zhì)板；2_天線輻射單元；3_第二層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電片；4-導(dǎo)電介質(zhì)過孔；5_接地導(dǎo)電平面；6_第二層介質(zhì)板。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0032]圖1、圖2和圖3分別是本發(fā)明的具有低散射特性的低輪廓貼片天線的頂層結(jié)構(gòu)示意圖、底層結(jié)構(gòu)示意圖和側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖1?3中，一種在天線工作頻帶內(nèi)具有低散射特性的低輪廓天線，包括第一層介質(zhì)板1、設(shè)置于第一層于介質(zhì)板I上表面的由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的天線輻射單元2、加載在輻射單元2上表面的第二層介質(zhì)板6、在第二層介質(zhì)板6上表面由一個(gè)或多個(gè)尺寸遠(yuǎn)小于工作波長的導(dǎo)電片3、導(dǎo)電片3的每個(gè)單元正中心通過導(dǎo)電介質(zhì)過4孔與天線輻射單元2相連和設(shè)置于第一層介質(zhì)板I下表面的接地導(dǎo)電平面5。其構(gòu)成的形式即為通常所說的印刷電路板，所述天線輻射單元、導(dǎo)電介質(zhì)片和接地導(dǎo)電平面為銅箔。
[0033]天線輻射單元通過同軸探針與接地導(dǎo)電平面相連，輸入阻抗為75歐姆。其目的是使天線實(shí)現(xiàn)更好的阻抗匹配。
[0034]本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，采用的介質(zhì)板是第一層介質(zhì)板I介電常數(shù)ε為4.4，第二層介質(zhì)板6介電常數(shù)ε為6的三層板,第一層介質(zhì)板I的長度和寬度分別為36mm和28mm,厚度為2.4mm,第二層介質(zhì)板6的長度和寬度分別為11.4mm和4.3mm,厚度為2.4mm。通過印刷制版和腐蝕的方式分別在第一層介質(zhì)板I上表面形成天線輻射單元2，在其下表面形成接導(dǎo)電平面5。其中，天線輻射單元2的形狀為矩形，矩形的長度和寬度分別為16mm和IOmm,接地導(dǎo)電平面5的長度和寬度分別為36mm和28mm。在第二層介質(zhì)板6上表面形成2X3個(gè)周期性排列的導(dǎo)電片陣列，每個(gè)導(dǎo)電片3的長度和寬度分別為4.5_和2_。在每個(gè)導(dǎo)電片3的中心用導(dǎo)電介質(zhì)過孔連接導(dǎo)電片3和天線輻射單元2，導(dǎo)電介質(zhì)過孔采用的是金屬銅化過的導(dǎo)電金屬過孔，該孔直徑為0.5mm。
[0035]為了更加直觀地說明本發(fā)明在天線工作頻帶內(nèi)具有低散射特性，圖4、圖5和圖6是普通低輪廓貼片天線的頂層結(jié)構(gòu)示意圖、底層結(jié)構(gòu)示意圖和側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4?6中，工作在相同頻率的未加載EBG結(jié)構(gòu)的普通低輪廓天線。采用的介質(zhì)板是電常數(shù)為4.4的雙層介質(zhì)板，雙層介質(zhì)板的長度和寬度分別為36mm和28mm,厚度為2.4mm,通過印刷制版和腐蝕的方式分別在其上表面形成天線輻射單元2，在下表面形成接地導(dǎo)電平面5。其中，天線輻射單元2的形狀采用矩形，矩形的長度和寬度分別為15.8mm和10.1mm，接地導(dǎo)電平面5的長度和寬度分別為36mm和28mm。
[0036]圖7為前述具體實(shí)施例的天線回波損耗的仿真結(jié)果。由圖7可以看出，兩種天線工作的中心頻率均為6.1GHz，確保了兩種天線的工作中心頻率相同。
[0037]圖8為前述具體實(shí)施例的天線在工作中心頻率6.1GHz的H面輻射方向圖的仿真結(jié)果。由圖8可以看出，兩種天線在工作的中心頻率為6.1GHz時(shí)的H面輻射方向圖的仿真結(jié)果相吻合，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表明兩種天線在工作的中心頻率為6.1GHz時(shí)的H面輻射特性相同。
[0038]圖9為前述具體實(shí)施例的天線在工作中心頻率6.1GHz的E面輻射方向圖的仿真結(jié)果。由圖9可以看出，兩種天線在工作的中心頻率為6.1GHz時(shí)的E面輻射方向圖的仿真結(jié)果相吻合，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表明兩種天線在工作的中心頻率為6.1GHz時(shí)的H面輻射特性相同。
[0039]圖10為前述具體實(shí)施例的天線在工作中心頻率6.1GHz的E面散射方向圖的仿真結(jié)果。由圖10可以看出，當(dāng)平面波正入射時(shí)，在兩種天線的工作中心頻率6.1GHz處H面的雙站雷達(dá)散射截面的仿真結(jié)果，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表明在天線工作的中心頻率為6.1GHz時(shí)，本發(fā)明天線的H面散射比普通的天線要降低6dB，本發(fā)明天線的工作頻帶內(nèi)的散射特性明顯優(yōu)于未加載EGB的普通天線。
[0040]圖11為上述具體實(shí)施例的天線在工作中心頻率6.1GHz的E面散射方向圖的仿真結(jié)果。由圖11可以看出，當(dāng)平面波正入射時(shí),在兩種天線的工作中心頻率6.1GHz處E面的雙站雷達(dá)散射截面的仿真結(jié)果，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)表明在天線工作的中心頻率為6.1GHz時(shí)，本發(fā)明天線的E面散射特性比普通的天線要降低6dB，本發(fā)明天線的工作頻帶內(nèi)的散射特性明顯優(yōu)于未加載EGB的普通天線。
[0041]本發(fā)明的在天線工作頻帶內(nèi)具有低散射特性的低輪廓天線，為三層矩形介質(zhì)板三面覆銅的印刷電路板。制作時(shí)，將其中間層的矩形輻射單元及上表面周期性排列的矩形貼片單元處的銅箔保留，其下表面的接地單元處的銅箔保留，其余部分的銅箔去除。
[0042]本發(fā)明可以看作是在普通的低輪廓天線的輻射貼片上加載表面具有高阻特性的電磁帶隙構(gòu)成，并且該EBG結(jié)構(gòu)巧妙地使用輻射貼片作為其接地板。本發(fā)明是具有低散射特性的低輪廓天線，它完整地保存了普通低輪廓天線的輻射單元，所以它的工作頻率和輻射特性沒有受到影響，很好地保證了天線的輻射特性。同時(shí)，當(dāng)平面波入射時(shí)，EBG的表面可以產(chǎn)生與導(dǎo)電介質(zhì)片相位相反的反射波，從而抵消天線原本所產(chǎn)生的散射，所以，EBG的加載，有效地降低了天線的散射，優(yōu)化了天線的散射特性。
[0043]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有低散射特性的低輪廓貼片天線，其特征在于，所述低輪廓貼片天線包括第一層介質(zhì)板、設(shè)置于第一層于介質(zhì)板上表面的由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的天線輻射單元、加載在輻射單元上表面的第二層介質(zhì)板、在第二層介質(zhì)板上表面的一個(gè)或多個(gè)尺寸遠(yuǎn)小于工作波長的導(dǎo)電介質(zhì)片和設(shè)置于第一層介質(zhì)板下表面的由導(dǎo)電介質(zhì)構(gòu)成的接地導(dǎo)電平面；所述第二層介質(zhì)板上表面的導(dǎo)電介質(zhì)片的正中心穿過第二層介質(zhì)板與第一層介質(zhì)板上表面的天線輻射單元相連；所述第一層介質(zhì)板上表面的天線輻射單元通過同軸探針/微帶線與接地導(dǎo)電平面相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述天線是微帶天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述天線輻射單元的形狀是矩形、三角形、六角形、圓形或橢圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述導(dǎo)電介質(zhì)片的形狀是矩形、三角形、六角形、圓形或梯形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述導(dǎo)電介質(zhì)片的正中心通過導(dǎo)電介質(zhì)過孔與天線輻射單元相連；所述導(dǎo)電介質(zhì)過孔的孔的形狀是矩形、三角形、六角形、圓形或梯形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其特征在于，所述導(dǎo)電介質(zhì)過孔是金屬銅化過的導(dǎo)電金屬過孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二層介質(zhì)板上表面具有多個(gè)導(dǎo)電介質(zhì)片時(shí)，所述導(dǎo)電介質(zhì)片之間設(shè)有間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述導(dǎo)電介質(zhì)片的正中心與天線輻射單元通過電磁稱合連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述天線輻射單元、導(dǎo)電介質(zhì)片和接地導(dǎo)電平面為銅箔。
10.一種陣列天線，其特征在于，所述陣列天線由多個(gè)低輪廓貼片天線組成。
【文檔編號(hào)】H01Q1/48GK103606734SQ201310624705
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】王均宏, 徐唯偉, 陳美娥, 張展, 李錚 申請人:北京交通大學(xué)