一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，由上層T形金屬地板，上層泡沫、印刷介質(zhì)板、下層泡沫、下層T形金屬地板構(gòu)成，并采用圍框和螺釘相配合對(duì)天線各部分進(jìn)行固定。其中印刷介質(zhì)板上印刷由饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂，通過帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段實(shí)現(xiàn)對(duì)偶極子輻射臂的等幅反相饋電。本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的阻抗帶寬達(dá)到了40%（駐波值＜2），方向圖中3dB波束寬度為70°×180°，具有較寬的阻抗帶寬和波束寬度。本實(shí)用新型天線具有重量輕、抗干擾性強(qiáng)，且適于與帶狀線饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)加工，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
【專利說明】一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及天線設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元。【背景技術(shù)】
[0002]天線單元在一定程度上決定著陣列天線的電性能和構(gòu)形，因此，尋找和研制合適的天線單元是陣列天線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一。傳統(tǒng)的陣列天線單元采用微帶印刷偶極子天線形式，但其易受到外界電磁場(chǎng)環(huán)境的影響。為提高抗干擾性，帶狀線形式的陣列天線單元越來越受到青睞。
[0003]帶狀線天線通常采用雙層介質(zhì)板壓合而成，形成上中下三層，其中上下層蝕刻振子天線，中間采用L形耦合饋電的方式。該形式天線在上下介質(zhì)板壓合過程中，需要較高的加工精度，確保上下層振子天線完全對(duì)稱。且目前陣列天線對(duì)于輕型化的要求越來越高，采用雙層介質(zhì)板勢(shì)必增加了天線的重量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有天線單元存在的不足，提出了一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元形式，采用帶狀線結(jié)構(gòu)和泡沫材料使天線單元具有抗干擾性強(qiáng)、重量輕、加工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且易于與饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一體化集成設(shè)計(jì)，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
[0005]本實(shí)用新型為一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，所述準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元包括從上至下依次為上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質(zhì)板、下層泡沫和下層金屬地板，其中所述印刷介質(zhì)板上印刷有電路，且所述電路連接饋源信號(hào)。
[0006]較佳地，所述印刷介質(zhì)板上單面或雙面對(duì)稱印刷有電路。
[0007]較佳地，所述電路由依次相連的饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂組成，其中所述饋源輸入部分帶狀線連接饋源信號(hào)；所述饋源輸入部分帶狀線經(jīng)過所述帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段，再通過所述耦合帶狀線對(duì)偶極子輻射臂進(jìn)行饋電，且所述帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段使兩耦合帶狀線的長(zhǎng)度相差半個(gè)所述準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的工作波長(zhǎng)。
[0008]較佳地，所述金屬地板呈T形，且所述金屬地板在所述印刷介質(zhì)板上的投影覆蓋所述饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段和耦合帶狀線。
[0009]較佳地，所述上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質(zhì)板、下層泡沫和下層金屬地板通過圍框并配備螺釘進(jìn)行固定。
[0010]較佳地，所述圍框與所述電路連接饋源信號(hào)的位置相對(duì)應(yīng)處設(shè)置有一安裝孔，所述安裝孔上設(shè)置有一接頭，所述電路通過所述接頭接收饋源信號(hào)。
[0011]較佳地，所述印刷介質(zhì)板的介電常數(shù)為I?3.5,厚度為0.2?0.5mm。
[0012]較佳地，所述上層泡沫和下層泡沫的介電常數(shù)為I?1.2，厚度為2?8_，損耗角正切小于等于3X10-4。
[0013]本實(shí)用新型由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元
[0014](I)本實(shí)用新型引入泡沫材料作為天線支撐結(jié)構(gòu)，有效地減輕了天線的重量，具有輕型化、易加工等特點(diǎn)；
[0015](2)本實(shí)用新型中上下金屬板為T形結(jié)構(gòu)，方便加工，對(duì)精度要求不敏感，易于與陣列天線中有源電路的金屬殼體進(jìn)行一體化加工；另外印刷電路可與饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，適合于大量批產(chǎn)工作。
[0016](3)本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，在4.2?6.4GHz的頻率范圍內(nèi)駐波值〈2，天線的阻抗帶寬達(dá)到了 40% (駐波值< 2)，在中心頻點(diǎn)5.3GHz處，方向圖的3dB波束寬度為2 ΘΕΧ2 ΘΗ=70° X 180°，具有較寬的波束寬度，為陣列天線進(jìn)行寬角波束掃描提供了必要地前提條件。本天線重量輕、抗干擾性強(qiáng)、易加工、集成度高，在工作頻帶內(nèi)具有良好的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]結(jié)合附圖，通過下文的述詳細(xì)說明，可更清楚地理解本實(shí)用新型的上述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0018]圖1為本實(shí)用新型的分層示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型印刷介質(zhì)板上電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型的仿真駐波曲線圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型的仿真方向圖。
[0022]符號(hào)說明:
[0023]I —上層金屬地板
[0024]2 —上層泡沫
[0025]3—印刷介質(zhì)板
[0026]31-饋源輸入部分帶狀線
[0027]32-帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段
[0028]33-耦合帶狀線
[0029]34-偶極子輻射臂
[0030]4 —下層泡沫
[0031]5 —下層金屬地板
[0032]6—圍框
[0033]7 —螺釘
[0034]8 —接頭
【具體實(shí)施方式】
[0035]參見示出本實(shí)用新型實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。然而，本實(shí)用新型可以以許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。相反，提出這些實(shí)施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員完全了解本實(shí)用新型的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對(duì)尺寸。
[0036]現(xiàn)參考圖1-2，本實(shí)用新型提供了一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，包括從上至下依次為上層金屬地板1、上層泡沫2、印刷介質(zhì)板3、下層泡沫4和下層金屬地板5，本實(shí)用新型采用帶狀線結(jié)構(gòu)和泡沫材料使天線單元具有抗干擾性強(qiáng)、重量輕、加工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，且易于與饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一體化集成設(shè)計(jì)，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
[0037]在本實(shí)施例中，印刷介質(zhì)板3選用相對(duì)介電常數(shù)小,厚度薄、損耗低的介質(zhì)板,一般選用相對(duì)介電常數(shù)為I?3.5、厚度為0.2?0.5mm的介質(zhì)板，具有重量輕，成本低，同時(shí)使介質(zhì)板材料的引入不會(huì)對(duì)天線性能產(chǎn)生較大影響。印刷介質(zhì)板3上印刷有電路，且可單面印刷電路或雙面對(duì)稱印刷電路，此處不作限制。具體的，電路示意圖如圖2所示，該電路由依次相連的饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段32、耦合帶狀線33和偶極子輻射臂34組成，饋源輸入部分帶狀線31連接饋源并接收饋源信號(hào)，通過帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段32實(shí)現(xiàn)對(duì)偶極子輻射臂34進(jìn)行等幅反相饋電；帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段32等效成一個(gè)一分二等幅反相的功分器，將饋源輸入部分帶狀線31分為兩個(gè)耦合帶狀線33，且兩個(gè)耦合帶狀線上均連接有一個(gè)偶極子輻射臂34 ;其中，帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段32中兩帶狀線的長(zhǎng)度相差半個(gè)本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了 180°的相位差，同時(shí)使偶極子輻射臂34與饋源輸入部分帶狀線31的阻抗間實(shí)現(xiàn)良好的阻抗匹配；兩個(gè)偶極子輻射臂3等效為一個(gè)對(duì)稱振子，其長(zhǎng)度由準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的工作波長(zhǎng)來決定，一般為半個(gè)工作波長(zhǎng)，此處不作限制。另外，在本實(shí)施例中印刷介質(zhì)板3上的電路可與饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，適合于大量批產(chǎn)工作。
[0038]在本實(shí)施例中，上層泡沫2和下層泡沫4選用介電常數(shù)為I?1.2、厚度為2?8mm的泡沫，且其損耗角正切不大于3Χ10Λ以便于加工。本實(shí)用新型，采用泡沫材料代替現(xiàn)有技術(shù)中雙層介質(zhì)板壓合的實(shí)現(xiàn)方式，有效地減輕了天線的重量，其重量較小幾乎相當(dāng)于空氣，同時(shí)也對(duì)天線結(jié)構(gòu)起到支撐作用，增加天線結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；當(dāng)然，上層泡沫2和下層泡沫4也可采用其他方式來代替，例如通過設(shè)計(jì)立柱來支撐上下金屬地板，同樣起到減輕重量的效果，此處不作限制。
[0039]在本實(shí)施例中，上層金屬地板I和下層金屬地板5在印刷介質(zhì)板3上的投影覆蓋饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段32和耦合帶狀線33，起到為饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段32和耦合帶狀線部分33提供上、下地板的作用；在本實(shí)施例中上層金屬地板I和下層金屬地板5呈T形，保證了饋源輸入部分帶狀線31、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段32和耦合帶狀線33在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中始終有地覆蓋，偶極子輻射臂34上無地覆蓋使得信號(hào)輻射出去。本實(shí)用新型中的上層金屬地板I和下層金屬地板5呈T形設(shè)計(jì)為T形結(jié)構(gòu)，方便加工，對(duì)精度要求不敏感，易于與饋電網(wǎng)絡(luò)的金屬殼體進(jìn)行一體化加工，且在裝配上，允許上、下金屬板間有偏差余量；當(dāng)然，上層金屬地板I和下層金屬地板5也可呈其他結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)形式根據(jù)印刷介質(zhì)板3上的電路的走勢(shì)來設(shè)置，此處不作限制。
[0040]在本實(shí)施例中，如圖1所示，上層金屬地板1、上層泡沫2、印刷介質(zhì)板3、下層泡沫4和下層金屬地板5通過圍框6相連，圍框6位于上層泡沫2、印刷介質(zhì)板3和下層泡沫4的一側(cè)并將其框?。簧蠈咏饘俚匕錓和下層金屬地板5位于圍框的上下側(cè)，并配備螺釘7將上層金屬地板I和下層金屬地板5與圍框6相連，上層泡沫2、印刷介質(zhì)板3和下層泡沫4夾在上層金屬地板I和下層金屬地板5之間從而被固定形成一整體天線單元。在本實(shí)施例中，圍框6的一側(cè)上還設(shè)置有一安裝孔，安裝孔上安裝有接頭8，接頭8 —端與印刷介質(zhì)板3上的饋源輸入部分帶狀線31相連，接頭8另一端與饋源相連，將饋源信號(hào)傳輸給饋源輸入部分帶狀線31。其中，接頭8采用QMA接頭，也可采用其他型號(hào)的接頭，此處不作限制。
[0041]以下以本實(shí)用新型在具體尺寸下為例進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0042]本實(shí)施例具體尺寸如下:印刷介質(zhì)板3采用TLY-5-0100-C1/C1-H材料，其相對(duì)介電常數(shù)為2.2，厚度為0.254mm ;上、下層泡沫采用R0HACELL71HF泡沫材料，其相對(duì)介電常數(shù)為1.06，厚度為2mm;饋源輸入部分帶狀線31的阻抗為50 Ω，對(duì)應(yīng)線寬為5.5mm ;巴倫變化后的耦合帶狀線33的阻抗變?yōu)?00 Ω，線寬為1.9mm ;偶極子輻射臂34的單臂臂長(zhǎng)為14.4mm η
[0043]參考圖3為本實(shí)施例的仿真駐波曲線圖，其中橫坐標(biāo)代表頻率變量，單位GHz ;縱坐標(biāo)代表駐波值。如圖3所示，本實(shí)施例準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的工作頻帶是4.2?6.4GHz (駐波值<2)。
[0044]參考圖4為本實(shí)施例在5.3GHz中心工作頻點(diǎn)上的仿真方向圖，其中橫坐標(biāo)代表角度，縱坐標(biāo)代表天線增益。由圖4中可以看出，本實(shí)施例準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，方向圖的3dB波束寬度為2 ΘΕΧ2 ΘΗ=70° X 180°，具有較寬的波束寬度，為陣列天線進(jìn)行寬角波束掃描提供了必要地前提條件。
[0045]綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，由上層T形金屬地板，上層泡沫、印刷介質(zhì)板、下層泡沫、下層T形金屬地板構(gòu)成，并采用圍框和螺釘相配合對(duì)天線各部分進(jìn)行固定。其中印刷介質(zhì)板上蝕刻由饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂，通過帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段對(duì)偶極子輻射臂進(jìn)行等幅反相饋電。本實(shí)用新型提供的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的阻抗帶寬達(dá)到了 40% (駐波值< 2)，方向圖中3dB波束寬度為70° X180°，具有較寬的阻抗帶寬和波束寬度。本實(shí)用新型天線具有重量輕、抗干擾性強(qiáng)，且適于與帶狀線饋電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)加工，是大型陣列天線的一種理想單元形式。
[0046]本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)理解，本實(shí)用新型可以以許多其他具體形式實(shí)現(xiàn)而不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍。盡管已描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，應(yīng)理解本實(shí)用新型不應(yīng)限制為這些實(shí)施例，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可如所附權(quán)利要求書界定的本實(shí)用新型精神和范圍之內(nèi)作出變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元包括從上至下依次為上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質(zhì)板、下層泡沫和下層金屬地板，其中所述印刷介質(zhì)板上印刷有電路，且所述電路連接饋源信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述印刷介質(zhì)板上單面或雙面對(duì)稱印刷有電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述電路由依次相連的饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段、耦合帶狀線和偶極子輻射臂組成，其中所述饋源輸入部分帶狀線連接饋源信號(hào)；所述饋源輸入部分帶狀線經(jīng)過所述帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段，再通過所述耦合帶狀線對(duì)偶極子輻射臂進(jìn)行饋電，且所述帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段使兩耦合帶狀線的長(zhǎng)度相差半個(gè)所述準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元的工作波長(zhǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述金屬地板呈T形，且所述金屬地板在所述印刷介質(zhì)板上的投影覆蓋所述饋源輸入部分帶狀線、帶狀線轉(zhuǎn)耦合帶狀線巴倫變換段和耦合帶狀線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述上層金屬地板、上層泡沫、印刷介質(zhì)板、下層泡沫和下層金屬地板通過圍框并配備螺釘進(jìn)行固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述圍框與所述電路連接饋源信號(hào)的位置相對(duì)應(yīng)處設(shè)置有一安裝孔，所述安裝孔上設(shè)置有一接頭，所述電路通過所述接頭接收饋源信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述印刷介質(zhì)板的介電常數(shù)為I?3.5，厚度為0.2?0.5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)空氣帶狀線陣列天線單元，其特征在于，所述上層泡沫和下層泡沫的介電常數(shù)為I?1.2，厚度為2?8mm，損耗角正切小于等于3X 10_4。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK203760654SQ201420135680
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】李麗嫻, 林鑫, 胡俊毅, 崔吉, 湯杭飛, 尤祖光 申請(qǐng)人:上海航天電子通訊設(shè)備研究所