一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，所述天線由第一介質(zhì)基板、金屬支撐框架、第二介質(zhì)基板和第三介質(zhì)基板構(gòu)成。第一介質(zhì)基板上下表面均有寄生金屬貼片，上表面貼片尺寸比下表面貼片尺寸大且兩者通過4個(gè)金屬化通孔連接；第二介質(zhì)基板上表面有饋電貼片；第三介質(zhì)基板包括4條帶狀線、90°電橋、2個(gè)饋電探針和2個(gè)射頻同軸連接器。本實(shí)用新型采用90°電橋與雙饋點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙圓極化，綜合采用疊層結(jié)構(gòu)和通過金屬化通孔相連的雙寄生貼片結(jié)構(gòu)展寬微帶天線帶寬，使天線帶寬達(dá)到19.4％，且頻帶范圍內(nèi)圓極化軸比小于1.3dB；具有小型化低剖面特性，體積為0.45λ0×0.45λ0×0.075λ0。
【專利說明】
一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及通信和導(dǎo)航領(lǐng)域的天線技術(shù)，具體為一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線。本實(shí)用新型適合作為相控陣天線的陣元，因此適用于車載、機(jī)載等低剖面衛(wèi)星移動(dòng)通信中對(duì)帶寬和圓極化性能要求比較高的場(chǎng)合。
【背景技術(shù)】
[0002]微帶天線具有低剖面、重量輕和低成本等優(yōu)點(diǎn)，但其固有的窄頻帶特性(一般相對(duì)帶寬小于5%)限制了它的應(yīng)用范圍。人們采用了很多技術(shù)來展寬微帶天線帶寬，如采用非規(guī)則金屬貼片、疊層結(jié)構(gòu)等措施。但是采用非規(guī)則金屬貼片難以設(shè)計(jì)，并且往往會(huì)影響天線的極化性能;采用疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易保證天線極化性能，但高度不好控制。另外，為了實(shí)現(xiàn)圓極化，可采用單饋點(diǎn)加微擾貼片結(jié)構(gòu)，此種方式圓極化軸比帶寬較窄;還可采用多饋點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圓極化，通過合理設(shè)計(jì)饋電網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的圓極化軸比帶寬。
[0003]經(jīng)專利檢索，與本實(shí)用新型密切相關(guān)的有關(guān)專利具體如下:專利號(hào):CN200810114878.2，圓極化寬頻帶電容補(bǔ)償探針饋電疊層微帶天線陣，通過疊層結(jié)構(gòu)和電容補(bǔ)償探針技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大于20%的駐波帶寬，但只實(shí)現(xiàn)了單圓極化；專利號(hào):CN201010521963.8，一種單饋寬帶圓極化疊層微帶天線及其饋電裝置，通過疊層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了 15.6 %的3dB軸比帶寬，并且天線高度>0.14λ0 ；專利號(hào):CN201310444387.5，UHF頻段雙頻圓極化低剖面空氣微帶天線，能夠?qū)崿F(xiàn)雙頻段工作，不具備寬頻帶特性；專利號(hào):CN201420045812.3，高寬帶雙極化微帶天線，天線工作頻帶為5150?5850MHz，不到13%，且為線極化;專利號(hào):CN201420167391.1，一種寬帶雙圓極化微帶天線，能夠?qū)崿F(xiàn)雙圓極化工作，駐波帶寬達(dá)到56.5 %但頻帶內(nèi)圓極化軸比已經(jīng)達(dá)到6dB ；專利號(hào):CN201420206459.2，寬帶寬角掃描的雙圓極化微帶天線，其3dB帶寬大于40%，頻帶內(nèi)軸比小于3dB，但天線高度已經(jīng)達(dá)到0.42λ0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足低剖面的要求。
[0004]綜上所述，采用一些技術(shù)措施展寬微帶天線的工作帶寬在工程上是容易實(shí)現(xiàn)的，但是往往會(huì)帶來天線的圓極化特性變差、天線高度增加等問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處，提供一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了寬頻帶和良好的雙圓極化特性，并且擁有小型化、低剖面的特點(diǎn)，具有很高的工程應(yīng)用前景。
[0006]本實(shí)用新型技術(shù)解決方案為:一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，包括從上到下依次固定連接的第一介質(zhì)基板3、金屬支撐框架7、第二介質(zhì)基板8和第三介質(zhì)基板10;第一介質(zhì)基板3的上表面腐蝕形成有中心有孔的上寄生金屬貼片4，其下表面腐蝕形成有下寄生金屬貼片5，上寄生金屬貼片4的尺寸大于下寄生金屬貼片5的尺寸且通過4個(gè)金屬化通孔6連接;4個(gè)金屬化通孔6關(guān)于第一介質(zhì)基板3的中心對(duì)稱;第二介質(zhì)基板8的上表面腐蝕形成有饋電貼片9;第三介質(zhì)基板10上設(shè)置有4條帶狀線11、90°電橋12、2個(gè)饋電探針13和2個(gè)射頻同軸連接器2，90°電橋12的輸入端和隔離端分別通過2條帶狀線11與2個(gè)射頻同軸連接器2—一對(duì)應(yīng)相連接，其直通端和耦合端分別通過2條帶狀線11與2個(gè)饋電探針13—一對(duì)應(yīng)相連接;饋電貼片9通過2個(gè)金屬化通孔與2個(gè)饋電探針13—一對(duì)應(yīng)相連接。
[0007]其中，所述的上寄生金屬貼片4、下寄生金屬貼片5和饋電貼片9均為圓形或者正方形。
[0008]其中，第一介質(zhì)基板3的下寄生金屬貼片5的中心位置開有十字縫。
[0009]其中，所述的90°電橋12為90°電橋芯片或者90°電橋帶狀線網(wǎng)絡(luò)。
[0010]其中，90°電橋12為90°電橋芯片時(shí)，第二介質(zhì)基板8的中心位置開孔，該孔用于容納90°電橋芯片;90°電橋芯片的周圍開設(shè)有多個(gè)金屬化通孔。
[0011]其中，所述的饋電探針和射頻同軸連接器周圍均開設(shè)有多個(gè)金屬化通孔。
[0012]其中，所述的小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線的體積為0.45λ0X 0.45λ0 X0.075λ0，其中，λο為中心頻率電磁波在自由空間傳播的波長(zhǎng)。
[0013]其中，所述的第二介質(zhì)基板8的介電常數(shù)比第一介質(zhì)基板3的介電常數(shù)大。
[0014]其中，所述的兩個(gè)饋電探針13的中心位置與饋電貼片9中心的連線成90°角。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、本實(shí)用新型采用饋電貼片和雙層寄生貼片，產(chǎn)生多個(gè)諧振頻率，經(jīng)過合理設(shè)計(jì)各層貼片的尺寸和間距，使多個(gè)諧振頻段連為一體，展寬微帶天線的工作頻帶。
[0017]2、本實(shí)用新型的雙層寄生貼片通過四個(gè)金屬化通孔連接，上層貼片比下層貼片略大，經(jīng)驗(yàn)證，相比相互獨(dú)立的兩層寄生貼片結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可極大地展寬工作頻帶。
[0018]3、本實(shí)用新型的第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板的介電常數(shù)較低，兩者之間再利用金屬框架構(gòu)造空氣介質(zhì)，進(jìn)一步降低了整個(gè)微帶天線的等效介電常數(shù)，從而降低品質(zhì)因數(shù)，有助展寬天線的工作頻帶。
[0019]4、本實(shí)用新型綜合采用疊層結(jié)構(gòu)和通過金屬化通孔連接的雙寄生貼片結(jié)構(gòu)，使得本實(shí)用新型具有寬頻帶特性，ActiveVSWR<2的相對(duì)帶寬達(dá)到19.4%。
[0020]5、本實(shí)用新型采用性能優(yōu)良的90°電橋芯片和雙饋點(diǎn)饋電技術(shù)，使得天線內(nèi)部?jī)蓚€(gè)饋電探針處信號(hào)在寬頻帶范圍內(nèi)保持正交，寬頻帶范圍內(nèi)圓極化性能良好，軸比小于1.3dB0
[0021]6、本實(shí)用新型合理設(shè)計(jì)兩個(gè)介質(zhì)基板與中間空氣層的厚度，使得本實(shí)用新型具有小型化低剖面的特點(diǎn)，體積僅為0.45λ0 X 0.45λ0 X 0.075λ0，尤其適合作為相控陣天線的陣元，應(yīng)用于移動(dòng)通信和導(dǎo)航等領(lǐng)域中。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的側(cè)上方三維結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2是本實(shí)用新型的分層結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3是本實(shí)用新型的第一介質(zhì)基板的側(cè)上方視圖。
[0025]圖4是本實(shí)用新型的第一介質(zhì)基板的側(cè)下方視圖。
[0026]圖5是本實(shí)用新型的第三介質(zhì)基板的三維視圖。
[0027]圖6是本實(shí)用新型的有源駐波比帶寬圖。
[0028]圖7是本實(shí)用新型的頻帶內(nèi)軸比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0030]—種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，如圖1所示，為一種層式結(jié)構(gòu)。小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線I從上到下依次設(shè)置有:第一介質(zhì)基板3、金屬支撐框架
7、第二介質(zhì)基板8和第三介質(zhì)基板10，如圖2所示;第一介質(zhì)基板3由上敷銅層、中間介質(zhì)和下敷銅層組成；第二介質(zhì)基板8由上表面敷銅層和介質(zhì)板組成；第三介質(zhì)基板10由上敷銅層、中間帶狀線、下敷銅層和兩層介質(zhì)組成，上敷銅層與中間帶狀線、下敷銅層與中間帶狀線之間均設(shè)置有介質(zhì)。
[0031]如圖3、圖4所示，第一介質(zhì)基板3的上下兩表面分別設(shè)置有上寄生金屬貼片4和下寄生金屬貼片5，均采用圓形結(jié)構(gòu)，上寄生金屬貼片4的尺寸略大于下寄生金屬貼片5的尺寸且通過四個(gè)金屬化通孔6連接，4個(gè)金屬化通孔6關(guān)于第一介質(zhì)基板3的中心對(duì)稱；上寄生金屬貼片4中心開孔，下寄生金屬貼片5中心開十字縫，孔的尺寸與十字縫的尺寸相當(dāng)。本實(shí)例中，第一介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.2，厚度為1.5_，上寄生金屬貼片4半徑為26.5mm，下寄生金屬貼片5半徑為25.5mm。
[0032]第二介質(zhì)基板8上表面設(shè)置有圓形饋電貼片9，第二介質(zhì)基板8與圓形饋電貼片9的中心開有相同大小的孔，用于放入90°電橋芯片12。第二介質(zhì)基板8的介電常數(shù)比第一介質(zhì)基板3的介電常數(shù)大，在本例中，第二介質(zhì)基板介電常數(shù)為3.5，厚度為2.5mm，圓形饋電貼片9的半徑為20.5mm。
[0033]第三介質(zhì)基板10用于實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)饋電探針13處信號(hào)的±90°相位差，再經(jīng)饋電貼片9、上寄生金屬貼片4和下寄生金屬貼片5形成圓極化信號(hào)，并將圓極化信號(hào)輻射出去。如圖5所示，第三介質(zhì)基板10上設(shè)置有4條帶狀線11、90°電橋芯片12、2個(gè)饋電探針13和2個(gè)射頻同軸連接器2 (本實(shí)用新型采用SMP接頭，且一個(gè)SMP接口為左旋圓極化口，另一個(gè)為右旋圓極化口)。2個(gè)饋電探針13與90°電橋芯片12之間的兩條帶狀線形狀相同，2個(gè)射頻同軸連接器2與90°電橋芯片12之間的帶狀線長(zhǎng)度可以不同。90°電橋芯片12、射頻同軸連接器2、帶狀線11和饋電探針13的周圍均打有多個(gè)金屬化通孔6，使上下兩金屬表面電位相等，大大改善微帶天線的駐波性能。
[0034]90°電橋芯片12放入第二介質(zhì)基板8的中心孔內(nèi)，90°電橋芯片12的輸入端和隔離端分別通過2條帶狀線11與2個(gè)射頻同軸連接器2相連接，其直通端和耦合端分別通過2條帶狀線11與2個(gè)饋電探針13相連接。本例中，第三介質(zhì)基板1的厚度為1.0mm。
[0035]金屬支撐框架7四角打有通孔，位于第一介質(zhì)基板3和第二介質(zhì)基板8之間，作為兩者的連接和支撐件，這種疊層結(jié)構(gòu)可以降低微帶天線的等效介電常數(shù)，從而展寬天線帶寬。金屬支撐框架7厚度為5.5mm。
[0036]第一介質(zhì)基板3、金屬支撐框架7、第二介質(zhì)基板8和第三介質(zhì)基板10四部分通過四個(gè)螺釘連接。
[0037]另外，第一介質(zhì)基板3和第二介質(zhì)基板8四邊均打密集金屬化通孔6，當(dāng)本實(shí)用新型作為相控陣天線陣元時(shí)，此項(xiàng)措施可以在陣元之間起到隔離作用，從而減小陣元互耦。
[0038]如圖6、圖7所示，本實(shí)例的有源駐波比(Active VSWR)帶寬范圍為1.948GHz?2.365GHz，相對(duì)帶寬為19.4%，在帶寬內(nèi)軸比〈1.3dB。本實(shí)例天線體積為0.45λο X0.45λ0 X0.075λο，λο為中心頻率電磁波在自由空間傳播的波長(zhǎng)。
[0039]本實(shí)用新型的工作原理為:
[0040]接收信號(hào)時(shí):圓極化信號(hào)經(jīng)過雙層寄生金屬貼片和饋電貼片接收后，信號(hào)通過兩個(gè)饋電探針輸入到90°電橋芯片，再經(jīng)90°電橋芯片合成I路信號(hào)從微帶天線對(duì)應(yīng)的I個(gè)射頻同軸連接器輸出到后端信號(hào)處理設(shè)備；
[0041]發(fā)射信號(hào)時(shí):通過射頻同軸連接器向微帶天線輸入信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過90°電橋芯片分為兩路幅度相等、相位正交的信號(hào)，分別經(jīng)兩個(gè)饋電探針給饋電貼片強(qiáng)制饋電，對(duì)兩層寄生金屬貼片耦合饋電，從而形成圓極化信號(hào)從天線表面發(fā)射出去。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:包括從上到下依次固定連接的第一介質(zhì)基板(3)、金屬支撐框架(7)、第二介質(zhì)基板(8)和第三介質(zhì)基板(10);第一介質(zhì)基板(3)的上表面腐蝕形成有中心有孔的上寄生金屬貼片(4)，其下表面腐蝕形成有下寄生金屬貼片(5)，上寄生金屬貼片(4)的尺寸大于下寄生金屬貼片(5)的尺寸且通過4個(gè)金屬化通孔(6)連接;4個(gè)金屬化通孔(6)關(guān)于第一介質(zhì)基板(3)的中心對(duì)稱;第二介質(zhì)基板(8)的上表面腐蝕形成有饋電貼片(9);第三介質(zhì)基板(10)上設(shè)置有4條帶狀線(11)、90°電橋(12)、2個(gè)饋電探針(13)和2個(gè)射頻同軸連接器(2)，90°電橋(12)的輸入端和隔離端分別通過2條帶狀線(11)與2個(gè)射頻同軸連接器(2)—一對(duì)應(yīng)相連接，其直通端和耦合端分別通過2條帶狀線(11)與2個(gè)饋電探針(13)—一對(duì)應(yīng)相連接;饋電貼片(9)通過2個(gè)金屬化通孔與2個(gè)饋電探針(13) —一對(duì)應(yīng)相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的上寄生金屬貼片(4)、下寄生金屬貼片(5)和饋電貼片(9)均為圓形或者正方形。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:第一介質(zhì)基板(3)的下寄生金屬貼片(5)的中心位置開有十字縫。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的90°電橋(12)為90°電橋芯片或者90°電橋帶狀線網(wǎng)絡(luò)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:90°電橋(12)為90°電橋芯片時(shí)，第二介質(zhì)基板(8)的中心位置開孔，該孔用于容納90°電橋芯片;90°電橋芯片的周圍開設(shè)有多個(gè)金屬化通孔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的饋電探針和射頻同軸連接器周圍均開設(shè)有多個(gè)金屬化通孔。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線的體積為0.45λ0 X0.45λ0 X0.075λο，其中，λ0為中心頻率電磁波在自由空間傳播的波長(zhǎng)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的第二介質(zhì)基板(8)的介電常數(shù)比第一介質(zhì)基板(3)的介電常數(shù)大。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化低剖面寬頻帶雙圓極化微帶天線，其特征在于:所述的兩個(gè)饋電探針(13)的中心位置與饋電貼片(9)中心的連線成90°角。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK205621858SQ201620477655
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】張宙, 韓國(guó)棟, 王煥菊, 何應(yīng)然, 張領(lǐng)飛, 肖松, 武偉, 賈丹, 盧煒, 丁寧, 陳斌
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所