本發(fā)明涉及一種x波段的圓極化天線陣列，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代無線應(yīng)用系統(tǒng)中，單純線極化天線已很難滿足需求，而圓極化天線以其抗多徑干擾的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于射頻識(shí)別閱讀器、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感遙測、雷達(dá)、電子偵察與電子干擾等方面。隨著現(xiàn)代無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，圓極化天線被要求滿足更多新的性能指標(biāo)。由于射頻電路不斷小型化、高集成化的發(fā)展要求，促使圓極化天線向小型化、高增益、寬頻帶工作發(fā)展的需要日益緊迫。研究并設(shè)計(jì)小型化、高增益、寬頻帶天線具有十分積極的意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種x波段的圓極化天線陣列，在保證圓極化性能的同時(shí)達(dá)到小型化、易加工、高增益、寬頻帶等要求，通過將天線單元的性能優(yōu)化、天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)的合理匹配，保證了陣列性能的優(yōu)異。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種x波段的圓極化天線陣列，其特征是，所述陣列由多個(gè)相同的天線單元排列而成，所述天線單元包括天線單元貼片，所述天線單元貼片覆蓋在fr4基板上，所述fr4基板的的下層敷有地板層，所述地板層的下方為羅杰斯基板，在羅杰斯基板的下層設(shè)置有饋電網(wǎng)絡(luò)，所述饋電網(wǎng)絡(luò)與天線單元貼片之間通過同軸線貫穿fr4基板、地板層、羅杰斯基板進(jìn)行連接。

進(jìn)一步地，所述天線單元貼片為正方形，所述天線單元貼片的一角被挖去圓角，所述圓角的圓心位于天線單元貼片的對角線上。

進(jìn)一步地，所述天線單元貼片的尺寸為6.5mm×6.5mm。

進(jìn)一步地，所述圓角的半徑為1.6mm。

進(jìn)一步地，所述陣列由16個(gè)相同的天線單元形成4×4的排列方式。

進(jìn)一步地，所述天線單元貼片、地板層、饋電網(wǎng)絡(luò)和同軸線的材質(zhì)均為銅。

進(jìn)一步地，所述fr4基板的體積為56mm×56mm×1.6mm，材質(zhì)為環(huán)氧玻璃纖維板。

進(jìn)一步地，所述羅杰斯基板的型號(hào)為ro4003c，材質(zhì)為碳?xì)浠衔锾沾砂濉?/p>

進(jìn)一步地，所述同軸線的半徑為0.5mm。

進(jìn)一步地，所述地板層在同軸線貫穿的圓面設(shè)有半徑為1.5mm的同心圓孔。

本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

（1）天線單元結(jié)構(gòu)簡單、天線陣列體積小、易于加工等實(shí)際優(yōu)點(diǎn)，適用于當(dāng)前射頻電路不斷小型化、高集成的要求。

（2）天線陣列性能優(yōu)異，滿足當(dāng)前對圓極化天線要求高增益、寬頻帶等性能指標(biāo)。

（3）天線陣列應(yīng)用范圍廣，可以用在衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)對抗、射頻接收機(jī)等多個(gè)方面。

（4）饋電網(wǎng)絡(luò)與天線單元貼片之間通過同軸線貫穿fr4基板、地板層、羅杰斯基板進(jìn)行連接，達(dá)到對天線陣列進(jìn)行饋電的效果。

（5）fr4基板層是決定天線貼片的輻射性能的因素之一，輻射性能包括s參數(shù)、增益、軸比等。fr4基板與天線貼片構(gòu)成整個(gè)單元天線結(jié)構(gòu)，基板介電常數(shù)過小會(huì)使得天線尺寸增大，不利于天線陣列的小型化，而過大的介電常數(shù)會(huì)使得天線尺寸減小，不利于天線實(shí)物的加工制作，加大制作成本，本發(fā)明fr4基板的介電常數(shù)為4.4，損耗角正切為0.02。羅杰斯基板層影響天線陣列整體的輻射性能，板材介電常數(shù)過大會(huì)使天線陣列整體增益變小，達(dá)不到高增益的要求；而過小的介電常數(shù)會(huì)使饋電網(wǎng)絡(luò)的饋線變窄，進(jìn)而增大天線陣列的損耗，降低陣列增益，且增大加工難度與制作成本，本發(fā)明羅杰斯基板的介電常數(shù)為3.55,損耗角正切為0.0027。

（6）天線單元貼片的一角被挖去圓角后，可實(shí)現(xiàn)天線的圓極化性能。圓角的圓心位置位于天線貼片的對角線上，圓心位置的改變影響天線貼片的圓極化效果。將圓心位置由貼片頂角沿對角線移動(dòng)的過程中，天線貼片的軸比ar<3db的帶寬先增大后減小，在圖3中描述的位置能夠達(dá)到最好的圓極化效果。

附圖說明

圖1是天線陣列主視圖；

圖2是天線單元主視圖；

圖3是天線單元尺寸圖，單位mm；

圖4是天線貼片層尺寸圖，單位mm；

圖5是饋電網(wǎng)絡(luò)層尺寸圖，單位mm；

圖6是天線單元的回波損耗；

圖7是天線單元軸比；

圖8是天線單元的增益；

圖9是天線單元在10ghz時(shí)的方向圖；

圖10是天線陣列的回波損耗；

圖11是天線陣列的軸比；

圖12是天線陣列的增益；

圖13是天線陣列在10ghz的方向圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1是天線陣列的整體結(jié)構(gòu)，該陣列由16個(gè)相同的天線單元排成4×4的排列方式。整體由上到下分別是天線單元貼片1（材質(zhì)為銅）、fr4基板2（材質(zhì)為環(huán)氧玻璃纖維板）、地板層3（材質(zhì)為銅）、羅杰斯ro4003c基板4（材質(zhì)為碳?xì)浠衔锾沾砂澹?、饋電網(wǎng)絡(luò)層7（材質(zhì)為銅）。饋電網(wǎng)絡(luò)層7與天線單元貼片1之間通過同軸線5（材質(zhì)為銅）貫穿fr4基板2、地板層3、羅杰斯ro4003c基板4進(jìn)行連接，同軸線5的半徑為0.5mm。

圖2與圖3分別給出了天線單元的整體結(jié)構(gòu)與具體尺寸。天線單元貼片1（6.5mm×6.5mm）覆蓋在體積為56mm×56mm×1.6mm的fr4基板2上。天線單元貼片1的一角被挖去半徑為1.6mm的圓角6，其圓心位于天線單元貼片1的對角線上。fr4基板2的背面整面貼有材質(zhì)為銅的地板層3，地板層3在同軸線5貫穿的圓面位置挖有半徑為1.5mm的同心圓孔。

圖4是了天線貼片層的尺寸，圖5是饋電網(wǎng)絡(luò)層尺寸。其中16個(gè)天線單元位于fr4基板2（56mm×56mm×1.6mm）上，貼片與貼片之間的距離均為7.5mm，外圍貼片與fr4基板2的距離均為3.5mm。地板層3被夾在fr4基板2與羅杰斯ro4003c基板4之間，羅杰斯ro4003c基板4的尺寸為56mm×56mm×1mm。羅杰斯ro4003c基板4的下層是饋電網(wǎng)絡(luò)層7。

圖6、圖7、圖8與圖9分別給出了天線單元的s參數(shù)、軸比、增益與方向圖。從圖中可以看出天線單元工作頻帶寬、圓極化性能好、單元輻射有定向性。

圖10、圖11、圖12與圖13分別給出天線陣列的s參數(shù)、軸比、增益與方向圖。從圖中可以看出天線陣列的工作頻帶寬、圓極化性能高、增益高，可以滿足當(dāng)前對圓極化天線的種種新的特性要求。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種X波段的圓極化天線陣列，所述陣列由多個(gè)相同的天線單元排列而成，所述天線單元包括天線單元貼片，所述天線單元貼片覆蓋在FR4基板上，所述FR4基板的下層敷有地板層，所述地板層的下方為羅杰斯基板，在羅杰斯基板的下層設(shè)置有饋電網(wǎng)絡(luò)，所述饋電網(wǎng)絡(luò)與天線單元貼片之間通過同軸線貫穿FR4基板、地板層、羅杰斯基板進(jìn)行連接。本發(fā)明在保證圓極化性能的同時(shí)達(dá)到小型化、易加工、高增益、寬頻帶等要求，通過將天線單元的性能優(yōu)化、天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)的合理匹配，保證了陣列性能的優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：王友保;祝雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.15
技術(shù)公布日：2017.08.01