具有分形邊界的超寬帶印刷相控陣天線單元的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種具有分形邊界的超寬帶印刷相控陣天線單元，由微帶貼片天線、饋電巴倫、地板和50歐姆SMA接頭組成；微帶貼片天線由具有Minkowski一階分形曲線的貼片組成；饋電巴倫由50歐姆微帶線、寬度線性變化的過(guò)渡微帶線、一段寬度為1.5mm的高阻抗匹配枝節(jié)和50歐姆雙面平行帶線四部分組成；地板采用雙面覆銅板；50歐姆SMA接頭的外導(dǎo)體與地板相連，內(nèi)導(dǎo)體連接巴倫的50歐姆微帶線。本實(shí)用新型滿(mǎn)足絕大多數(shù)寬帶系統(tǒng)的帶寬要求，使天線剖面較低，且易于加工和組陣，具有穩(wěn)定的單向輻射方向圖，天線單元材料價(jià)格低廉，易于購(gòu)買(mǎi)加工，可批量成產(chǎn)，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有分形邊界的超寬帶印刷相控陣天線單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種單元天線，尤其是超寬帶天線研究【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]寬帶相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)是當(dāng)前相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，天線單元作為相控陣天線的重要組成部分，其性能直接影響相控陣天線的性能。寬帶相控陣天線要求單元具有較寬的阻抗帶寬，足夠小的電尺寸，穩(wěn)定的增益以及在波束掃描范圍內(nèi)單元方向圖較為均勻等特性。
[0003]國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)超寬帶單元做了很多研究，例如:弗吉尼亞理工大學(xué)天線組首次提出Foursquare天線結(jié)構(gòu),這種天線具有電尺寸小，剖面低，福射方向圖和增益穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；在Foursquare天線的背面加入金屬調(diào)節(jié)盤(pán)，阻抗帶寬可展寬為60%，但依然不能滿(mǎn)足某些超寬帶系統(tǒng)的要求；在Foursquare天線的基礎(chǔ)上，Seong-Youp等人進(jìn)一步提出了Fourpoint天線,貼片上的縮進(jìn)部分在高頻段引入容抗,抵消了 Foursquare天線的感抗,從而展寬天線的阻抗帶寬，可達(dá)87-92%，但是以上兩種天線的饋電需要兩根同軸電纜和外加的寬帶180°移相器，不利于組成寬帶相控陣列。如何設(shè)計(jì)出適用于寬帶相控陣的天線單元和相應(yīng)的饋電巴倫就成了我們研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一種適于組陣的超寬帶單元和相應(yīng)的寬帶饋電巴倫，應(yīng)具有以下特性:超寬帶，電尺寸小，具有較寬的半功率波瓣寬度和穩(wěn)定的輻射增益，以及便于集成加工和組陣。
[0005]本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的寬帶相控陣單元由四個(gè)部分構(gòu)成:具有分形邊界的微帶貼片天線，饋電巴倫，地板以及50歐姆SMA接頭；
[0006]具有分形邊界的微帶貼片天線，主要由四個(gè)具有Minkowski—階分形曲線的貼片組成，選定任意一個(gè)對(duì)角的一對(duì)貼片作為激勵(lì)單元，另外一個(gè)對(duì)角的一對(duì)貼片作為寄生單元；通過(guò)巴倫對(duì)激勵(lì)單元進(jìn)行等幅反相饋電，再耦合至寄生單元上，兩對(duì)單元共同作為天線的福射部分；
[0007]采用微帶線到雙面平行帶線的饋電巴倫依次包括50歐姆微帶線、寬度線性變化的過(guò)渡微帶線、一段寬度為1.5mm的高阻抗匹配枝節(jié)和50歐姆雙面平行帶線四部分；
[0008]地板采用雙面覆銅板作為天線的反射板；
[0009]50歐姆SMA接頭的外導(dǎo)體與地板相連，內(nèi)導(dǎo)體連接巴倫的50歐姆微帶線。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0011](I)本專(zhuān)利由于采用Minkowski分形曲線，使天線保持小電尺寸
0.285 AlX0.285 AlX0.174Xl，其中λ l為天線最低工作頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，同時(shí)獲得83.7%(4.18-10.20GHz)，的超寬帶，滿(mǎn)足絕大多數(shù)寬帶系統(tǒng)的帶寬要求。在組成相控陣的時(shí)候，小電尺寸可以在允許的陣元間距和柵格內(nèi)不出現(xiàn)柵瓣。[0012](2)本結(jié)構(gòu)采用50歐姆微帶線到50歐姆雙面平行帶線的印刷寬帶巴倫對(duì)激勵(lì)單元進(jìn)行等幅反相饋電，使天線剖面較低，且易于加工和組陣。
[0013](3)本天線具有穩(wěn)定的單向輻射方向圖，天線的E面是平行于巴倫的平面(Φ =45° )，H面是同時(shí)垂直于E面和輻射貼片的平面(Φ = 135° )E面與H面平均波瓣寬度分別為65°和95°，可以覆蓋一般相控陣的波束掃描范圍，并且在整個(gè)工作頻帶內(nèi)輻射增益穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果平均值為6.7dB。
[0014](4)輻射貼片和饋電巴倫都采用印刷結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板為是介電常數(shù)為2.65的聚四氟乙烯，這種材料是作為PCB板最常見(jiàn)的板材，價(jià)格低廉，易于購(gòu)買(mǎi)。所以，本專(zhuān)利制作成本低，易于加工，可批量成產(chǎn)，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0015]在保持較小的電尺寸的情況下實(shí)現(xiàn)83.7%的阻抗帶寬，天線具有穩(wěn)定的單向輻射方向圖和輻射增益；同時(shí)，輻射貼片和饋電巴倫都是平面印刷結(jié)構(gòu)，適宜于組成寬帶相控陣，可以有效解決Foursquare天線和Fourpoint天線不適宜組陣的問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1本天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖。(a)是天線單元的3D圖，(b)是天線單元的頂視圖，(c)是天線單元的Φ = 45°的側(cè)視圖，(d)是天線單元的Φ = 225°的側(cè)視圖。
[0017]圖2為天線單元的仿真與實(shí)測(cè)的回波損耗圖。
[0018]圖3是天線單元的仿真與實(shí)測(cè)的E面(Φ = 45° )遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖，各圖對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)為:(a)取頻點(diǎn)4.36GHz, (b)取頻點(diǎn)6.56GHz，(c)取頻點(diǎn)9.68GHz。
[0019]圖4是本天線單元的仿真與實(shí)測(cè)的H面(Φ = 135° )遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖，各圖對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)為:(a)取頻點(diǎn)4.36GHz, (b)取頻點(diǎn)6.56GHz，(c)取頻點(diǎn)9.68GHz。
[0020]圖中l(wèi)a，Ib-激勵(lì)單元，2a，2b_寄生單元，3-聚四氟乙烯介質(zhì)基板，4-雙面覆銅板，5-寬帶饋電巴倫，5a-巴倫的介質(zhì)基板，5b-巴倫的地，5c-巴倫正面，6-SMA接口，A-微帶貼片所在的介質(zhì)板的長(zhǎng)度，B-微帶輻射貼片的長(zhǎng)度，Cl-縫隙最窄處的寬度，C2-縫隙最寬處的寬度，F(xiàn)-對(duì)角的兩個(gè)單元間的距離，11-高阻匹配枝節(jié)的長(zhǎng)度，12-寬度線性變化的梯形微帶線的長(zhǎng)度，wl-高阻匹配枝節(jié)的寬度，w2-寬度線性變化的梯形微帶線的最寬處的寬度，H-巴倫的高度，R-巴倫地板上的圓形漸變結(jié)構(gòu)的半徑，W3-50歐姆微帶線的地板的寬度，X，I, Z-坐標(biāo)軸。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]為了解決Foursquare天線和Fourpoint天線不適用于寬帶相控陣列的問(wèn)題,這兩種天線都需要外加的180°寬帶移相器通過(guò)兩根同軸電纜對(duì)天線進(jìn)行饋電，在組成陣列時(shí)，這種饋電結(jié)構(gòu)增加了陣列設(shè)計(jì)的難度和制作的成本。所以我們需要
[0023]本實(shí)用新型由以下四部分組成:輻射貼片，寬帶饋電巴倫，雙面覆銅地板和50歐姆SMA接頭,如圖1所示，具體的尺寸參數(shù)如表I所示。
[0024]表1.附圖中所示的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表(單位:_):
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種具有分形邊界的超寬帶印刷相控陣天線單元，包括具有分形邊界的微帶貼片天線，饋電巴倫，地板以及50歐姆SMA接頭，其特征在于: 具有分形邊界的微帶貼片天線，主要由四個(gè)具有Minkowski —階分形曲線的貼片組成，選定任意一個(gè)對(duì)角的一對(duì)貼片作為激勵(lì)單元，另外一個(gè)對(duì)角的一對(duì)貼片作為寄生單元；通過(guò)巴倫對(duì)激勵(lì)單元進(jìn)行等幅反相饋電，再耦合至寄生單元上，兩對(duì)單元共同作為天線的福射部分； 采用微帶線到雙面平行帶線的饋電巴倫依次包括50歐姆微帶線、寬度線性變化的過(guò)渡微帶線、一段寬度為1.5mm的高阻抗匹配枝節(jié)和50歐姆雙面平行帶線四部分組成； 地板采用雙面覆銅板作為天線的反射板； 50歐姆SMA接頭的外導(dǎo)體與地板相連，內(nèi)導(dǎo)體連接巴倫的50歐姆微帶線。
【文檔編號(hào)】H01Q19/10GK203415681SQ201320538905
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】鄭如萍, 郭陳江, 丁君, 孔迪, 施展 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)