專利名稱：一種環(huán)加載微帶貼片天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微波通信領域，特別涉及一種環(huán)加載微帶貼片天線。
背景技術：
由于單層微帶天線主要是諧振式微帶天線，相對帶寬較窄，在設計寬頻微帶天線 時，層疊微帶天線是一種易實現(xiàn)且可行性較強的微帶天線形式。 微帶天線由于其低剖面性在結構及物理性能等方面具有許多突出優(yōu)點，對于帶寬 較寬的情況，目前多采用多層貼片結構來展寬微帶天線的阻抗帶寬。多層貼片的設計思想 是當采用參差調(diào)諧的緊耦合回路時，頻帶將會展寬。根據(jù)該思想設計多層貼片構成的微 帶天線，適當調(diào)整各層貼片的尺寸，當頂層元諧振和輻射時，第二層貼片作為它的接地面， 而當?shù)诙釉C振并輻射時，則頂層的貼片作為一個電感性的耦合元件，依此類推， 一層疊 一層，實現(xiàn)寬頻帶工作。當要求天線工作在L波段的1. 15 1. 19GHz、1.28 1. 32GHz、 1. 62 1. 68GHz三個頻段時，采用多層貼片天線的具體設計過程為首先進行中層和下層 貼片的尺寸和間距的設計，使其工作于1. 15 1. 19GHz、1. 28 1. 32GHz，這樣作為上層貼 片接地板的中層微帶的尺寸就基本確定了，然后進行工作于1. 62 1. 68GHz頻段的上層貼 片的設計，由于微帶天線輻射的三個頻段都在L頻段，采用普通的微帶貼片時上層貼片尺 寸相對中層貼片(上層貼片的等效接地板)來說比較大，導致上層貼片天線口徑場分布比 較松散，同時主極化增益低，副瓣電平高，軸比性能不好；而且影響下面兩層貼片的輻射性 能。 另外，也有將環(huán)加載技術用于天線頻帶展寬的，但主要用于喇叭天線。比如西北工 業(yè)大學碩士論文"彈載天線設計及互耦分析"第5. 2. 2節(jié)"介質(zhì)環(huán)加載圓錐喇叭天線模型分 析"中，介紹了在圓錐喇叭的適當位置放入一段適當厚度和長度的介質(zhì)環(huán)形成介質(zhì)環(huán)加載 圓錐喇叭天線。其原理是從左邊光壁波導入射的波模在介質(zhì)環(huán)加載波導中轉換為混合模， 這些混合模在其右邊的光壁波導段轉換為TE模和TM模。介質(zhì)環(huán)加載圓錐喇叭天線是混合 模激勵的多模圓錐喇叭天線。通俗的來講，介質(zhì)環(huán)加載喇叭天線中環(huán)加載的作用是將從左 邊光壁波導入射的波模在介質(zhì)環(huán)加載波導中轉換為混合模。但由于原理、結構和材料等方 面的不同，這一技術未能用于貼片天線。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題克服傳統(tǒng)層疊微帶貼片天線的不足，提供一種主極化增 益高，副瓣、后瓣電平低，軸比性能優(yōu)良的環(huán)加載微帶貼片天線。 本發(fā)明的技術解決方案環(huán)加載微帶貼片天線，包括反射板、下層貼片、中層貼片 和環(huán)加載的上層貼片，三層貼片及反射板之間由中心開孔的短路金屬柱支撐；上層貼片上 疊放蓋板，蓋板上開槽，上層貼片的饋線穿過短路金屬柱中心的孔在蓋板的開槽部分接阻 抗匹配段，然后饋到中層貼片上；所述中層貼片饋電端口和下層貼片饋電端口與貼片圓心 連線成9(T夾角，饋入信號幅度相等、相位相差90。的圓極化輻射波；所述上層貼片的邊沿向下翻轉形成類似瓶蓋狀的環(huán)。 所述上層貼片的形狀為圓形、或矩形、或環(huán)形、或加微擾貼片形狀。 在所述上層貼片翻下來的環(huán)上，沿幾何中心對稱挖出兩個豁口形成微擾。
當所述上層貼片是圓形或環(huán)形貼片時，豁口為圓弧形；當所述上層貼片為矩形貼
片時，豁口為方形。 —種環(huán)加載微帶貼片天線，包括由短路金屬柱支撐的反射板和上層貼片，反射板 和上層貼片之間通過饋電探針饋電；所述上層貼片的邊沿向下翻轉形成類似瓶蓋狀的環(huán)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于 (1)本發(fā)明利用環(huán)加載技術，通過將上層貼片的邊沿向下翻轉，使上層貼片的增益 得到提高，副瓣、后瓣電平降低，而且整個天線的電性能優(yōu)良。對于上層貼片而言，采用普通 貼片時，天線的口徑場分布相對松散。而上層微帶貼片采用環(huán)加載貼片技術后，對于上層貼 片而言，天線的口徑場分布相對集中，使得主極化增益有所提高，副瓣、后瓣電平降低；而且 電場的兩個正交分量幅度平衡，相差更穩(wěn)定，所以上層天線的圓極化性能更優(yōu)，軸比性能得 到改善。同時，就下面兩層貼片來講，上層貼片采用環(huán)加載技術后，上層貼片的橫向尺寸有 所減小，降低了上層貼片對下層低頻輻射貼片的耦合作用，使得天線在工作頻段范圍性能 更優(yōu)。 (2)本發(fā)明采用環(huán)加載貼片的設計方法，在接地板尺寸受限的情況下，使天線的口 面靜電場分布更集中，使微帶天線具有高增益、低副瓣、低后瓣等優(yōu)良性能，有效地減小單 層微帶天線的橫向尺寸，適應星上越來越苛刻的空間要求。在微帶貼片天線中，中層貼片同 時作為上層貼片的接地板使用，因此，當中層貼片作為1. 28 1. 32GHz的輻射貼片時的尺 寸確定后，其作為上層貼片的接地板使用的相對尺寸也已經(jīng)確定。為了相對地增加等效接 地板尺寸，把上層貼片周圍向下翻轉，形成一個邊沿似瓶蓋狀的環(huán)，即設計成環(huán)加載貼片的 形式。這樣既減小了貼片的橫向尺寸，也達到了相對地增加等效接地板尺寸的目的，同時降 低了副瓣和后瓣，改善了軸比。 (3)本發(fā)明中，上層貼片采用單探針饋電加微擾的方式實現(xiàn)圓極化，下層微帶貼片 則采用雙探針正交饋電技術，保證天線具有良好的阻抗帶寬和軸比帶寬，降低饋電的復雜 度，簡化了結構。 (4)本發(fā)明中，上層貼片采用單探針饋電加微擾的方式實現(xiàn)圓極化，兩個中心對稱 的微擾可以使天線工作于兩個空間上正交的簡并模，易于實現(xiàn)圓極化。 (5)本發(fā)明中，下層微帶貼片采用雙探針正交饋電技術，以激勵一對極化正交的簡 并模，易于實現(xiàn)圓極化。
圖1為本發(fā)明的一種環(huán)加載微帶貼片天線結構剖面示意圖； 圖2為本發(fā)明的一種環(huán)加載微帶貼片天線結構俯視透視示意圖； 圖3為上層貼片立體結構示意圖； 圖4為無環(huán)加載貼片時1. 68GHz頻點的波束方向圖； 圖5為無環(huán)加載貼片時1. 68GHz頻點的軸比曲線圖； 圖6為采用環(huán)加載貼片時1. 68GHz頻點的波束方向 圖7為采用環(huán)加載貼片時1. 68GHz頻點的軸比曲線圖；
圖8為實施例2中單層微帶天線的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1 本實施例設計一個工作在L波段的三個頻段的三層微帶天線。 如附圖1所示，本發(fā)明的環(huán)加載微帶貼片天線，包括反射板1、下層貼片2、中層貼
片3和環(huán)加載的上層貼片4，三層貼片及反射板1之間由短路金屬柱6支撐，短路金屬柱6
中心開有過孔。上層貼片4的邊沿11向下翻轉形成環(huán)加載形式，如圖3所示。在上層貼片
4上疊放蓋板5，蓋板5上開槽。上層貼片4的饋線10穿過短路金屬柱6中心的過孔，在蓋
板5的開槽部分接阻抗匹配段12，然后饋到中層貼片3上。加阻抗匹配段12是為了使上層
貼片天線與50Q同軸線(即天線與后續(xù)電路間的連接)匹配，如圖2所示。 本實施例中，下層貼片2采用正交饋電的方式來實現(xiàn)圓極化，中層貼片3通過下層
貼片2電磁耦合的方式饋電，上層貼片4采用單點饋電加微擾的方式實現(xiàn)圓極化。 本實施例中，下層微帶貼片采用雙探針正交饋電技術中層貼片3的饋電端口8和
下層貼片2的饋電端口9與貼片圓心連線成90。夾角，饋入信號幅度相等、相位相差90。，
以實現(xiàn)圓極化輻射波。 本實施例中，下層貼片2和中層貼片3均為圓形貼片，上層貼片4為帶環(huán)加載的圓 形貼片。 本實施例中，在上層貼片4翻下來的邊沿11上加兩個中心對稱的微擾7，即在上層 貼片4翻下來的邊沿11上沿幾何中心對稱挖出兩個豁口形成微擾，本實施例中，由于上層 貼片4是圓形貼片，因此豁口形狀為圓弧形。通過增加微擾7，可以改善上層貼片天線的口 徑靜電場分布，使得天線的口徑靜電場分布更集中，主極化增益提高，軸比性能改善，副瓣、 后瓣降低；同時減小了對下面兩層貼片的耦合作用。 附圖3為上層貼片4采用環(huán)加載技術后的模型圖。圖中，圓形的上層貼片4周圍 向下翻轉所成的邊沿11。上層貼片4采用環(huán)加載技術以后可以有效地提高天線的主極化增 益、降低副瓣、后瓣，改善天線的軸比性能。 如附圖4、5、6、7所示為上層貼片4采用環(huán)加載技術前后方向圖以及軸比曲線圖。 可以看出在三個頻段內(nèi)有良好的圓極化低仰角性能。上層貼片4沒有采用環(huán)加載技術時， 主極化增益約8. 9dB，副瓣約24dB，在±15°范圍內(nèi)，軸比約6dB ;采用環(huán)加載技術后，主極 化增益約9.4dB，副瓣約31dB，在±15°范圍內(nèi)，軸比小于2dB。相比之下，采用環(huán)加載貼片 技術后，上層貼片天線的主極化增益提高了 0.5dB，在±15°仰角范圍軸比降低了 4dB，副 瓣降低了7dB。 對上面所描述的模型進行統(tǒng)一建模仿真，優(yōu)化輻射體的尺寸、高度和饋電點的位 置，使之工作在所需要的頻點。而環(huán)加載貼片4翻下來的邊沿11的高度以及所加微擾7的 長度是比較敏感的參數(shù)，微調(diào)這兩個參數(shù)可以獲得性能優(yōu)異的寬頻微帶天線。微調(diào)即以天 線電性能為目標變量，在一定范圍內(nèi)不斷調(diào)整更新這兩個參數(shù)。
實施例2
本發(fā)明的環(huán)加載天線技術不僅可以應用于層疊微帶天線，也可以應用于單層微帶 天線。 如圖8所示，實施例2設計了一個工作在1. 2GHz的單層微帶天線，包括反射板1、 上層貼片4、短路金屬柱6和饋電探針13，采用單探針饋電實現(xiàn)線極化。仿真表明，適當調(diào) 節(jié)饋電探針13位置、上層貼片4的高度以及上層貼片4翻下來邊沿的高度，可以得到良好 的電性能。 當上層貼片4沒有采用環(huán)加載技術時，反射板1的直徑約220mm ;采用環(huán)加載技術 后，在達到同樣電性能的情況下，反射板1的直徑約170mm。與沒有采用環(huán)加載的普通貼片 相比，反射板1的橫向尺寸縮小到采用普通貼片時的四分之三。 當然，本領域技術人員可以理解在不背離本發(fā)明廣義范圍的前提下，可以對上 述實施例進行改動，比如，環(huán)加載技術不僅僅適用于圓形微帶貼片，同樣適用于其它形狀貼 片，如矩形、環(huán)形貼片、加微擾貼片以及各種變形貼片等；而且環(huán)加載技術中翻下來的邊沿 即加載部分的形狀也可以相對的做一些變化、調(diào)整。因而，本發(fā)明并不僅限于所公開的特定 實施例，其范圍應當涵蓋所附權利要求書限定的本發(fā)明的核心及保護范圍內(nèi)的所有變化。 本發(fā)明未公開的技術屬于本領域公知技術。
權利要求
一種環(huán)加載微帶貼片天線，其特征在于包括反射板(1)、下層貼片(2)、中層貼片(3)和環(huán)加載的上層貼片(4)，三層貼片及反射板(1)之間由中心開孔的短路金屬柱(6)支撐；上層貼片(4)上疊放蓋板(5)，蓋板(5)上開槽；上層貼片(4)的饋線穿過短路金屬柱(6)中心的孔在蓋板(5)的開槽部分接阻抗匹配段(12)，然后饋到中層貼片(3)上；所述中層貼片(3)饋電端口(8)和下層貼片(2)的饋電端口(9)與貼片圓心連線成90°夾角，饋入信號幅度相等、相位相差90°的圓極化輻射波；所述上層貼片(4)的邊沿(11)向下翻轉形成類似瓶蓋狀的環(huán)。
2. 根據(jù)權利要求1的一種環(huán)加載微帶貼片天線，其特征在于所述上層貼片(4)的形 狀為圓形、或矩形、或環(huán)形、或加微擾貼片形狀。
3. 根據(jù)權利要求1或2的一種環(huán)加載微帶貼片天線，其特征在于在所述上層貼片(4) 的邊沿(11)向下翻轉形成類似瓶蓋狀的環(huán)上，沿幾何中心對稱挖出兩個豁口形成微擾(7) 。
4. 根據(jù)權利要求3的一種環(huán)加載微帶貼片天線，其特征在于當所述上層貼片(4)是 圓形或環(huán)形貼片時，豁口為圓弧形；當所述上層貼片(4)為矩形貼片時，豁口為方形。
5. —種環(huán)加載微帶貼片天線，其特征在于包括由短路金屬柱(6)支撐的反射板(1) 和上層貼片(4)，反射板(1)和上層貼片(4)之間通過饋電探針(13)饋電；所述上層貼片 (4)的邊沿(11)向下翻轉形成類似瓶蓋狀的環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)加載微帶貼片天線，包括反射板(1)、下層貼片(2)、中層貼片(3)和環(huán)加載的上層貼片(4)，三層貼片及反射板(1)之間由中心開孔的短路金屬柱(6)支撐；上層貼片(4)上疊放蓋板(5)；上層貼片(4)的饋線穿過短路金屬柱(6)中心的孔在蓋板(5)上接阻抗匹配段(12)，然后饋到中層貼片(3)上；中層貼片(3)饋電端口(8)和下層貼片(2)的饋電端口(9)與貼片圓心連線成90°夾角，饋入信號幅度相等、相位相差90°的圓極化輻射波；上層貼片(4)的邊沿(11)向下翻轉形成類似瓶蓋狀的環(huán)。本發(fā)明將上層貼片的邊沿向下翻轉，利用環(huán)加載技術，使上層貼片的增益得到提高，副瓣、后瓣電平降低。
文檔編號H01Q13/08GK101794935SQ20091024328
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者劉波, 吳春邦, 張群, 楊文麗, 羅耀輝, 蔡木仁, 趙泓懿, 黎紅武 申請人:西安空間無線電技術研究所