L波段的準八木貼片天線陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及天線領(lǐng)域，特別是L波段的準八木貼片天線陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]天線是氣象探空儀通信系統(tǒng)的重要組成部分。天線的作用是將電磁波發(fā)射至空氣中或者從空氣中接收電磁波。所以天線亦可視為射頻收發(fā)電路與空氣中的信號耦合器。天線的好壞直接影響探空儀設(shè)備的性能。天線工作的傳播環(huán)境比較復(fù)雜，對溫度、地形等環(huán)境方面的影響比較敏感，電磁波在空中傳播時會受到多徑傳播、反射、繞射等各種阻礙，這些都對接收到的信號有一定的影響。由于傳輸距離遠，接收系統(tǒng)中采用定向高增益接收天線，要求接收天線主波束對準發(fā)射端。氣象探空儀通信系統(tǒng)接收天線一般采用的是四組八木陣子天線陣或者是地面寬波束拋物面天線。
[0003]八木天線是一種典型的定向天線，廣泛應(yīng)用于通信、雷達及其它無線電技術(shù)設(shè)備中，通常有一個有源陣子、一個反射器與若干個引向器組成。適當調(diào)整陣子的長度和它們之間的距離就可以改善天線的頻率響應(yīng)和輻射特性。然而，八木天線只能實現(xiàn)端射輻射，而且無法與載體表面共面安裝，但是在無線通信的實際應(yīng)用中，常常要求天線的主瓣波束在邊射方向和端射方向之間，即準端射方向，且天線與載體共面安裝。John Huang等人基于微帶天線剖面薄、體積小、易于導(dǎo)彈、衛(wèi)星等載體表面共性，且能夠?qū)崿F(xiàn)準端射的優(yōu)點，利用微帶貼片八木天線實現(xiàn)了上述的要求。
[0004]1989年，John Huang提出了微帶貼片八木天線,將一個反射貼片、一個有源貼片和兩個引向貼片共4個正方形金屬貼片印制在一塊介質(zhì)板正面，介質(zhì)板背面是金屬接地板，采用同軸線饋電，天線工作原理與八木振子天線類似，貼片尺寸很接近但依次減小，經(jīng)軟件仿真并制成實物，測試結(jié)果表明這種天線在仰角20° ~60°的范圍內(nèi)增益比普通微帶天線明顯提高，阻抗帶寬比單貼片也稍有展寬，具有準端射方向圖。1991年，John Huang又將4個微帶貼片八木天線并列組陣以提高增益，應(yīng)用于美國的MSAT系統(tǒng)中。2007年，Gerald R.DeJean對John Huang提出的結(jié)構(gòu)進行了改進,通過增加引向貼片的個數(shù),采用微帶線饋電，提高了天線的增益和前后瓣比(F/ B)，但相對帶寬較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供L波段的準八木貼片天線陣列，本實用新型采用陣列的方式且在L頻段上第一次采用微帶貼片八木天線作為天線單元，該天線增益高、結(jié)構(gòu)簡單且成本低。
[0006]本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0007]根據(jù)本實用新型提出的L波段的準八木貼片天線陣列，包括下表面接地的介質(zhì)基板，還包括設(shè)置在介質(zhì)基板上表面且關(guān)于介質(zhì)基板的質(zhì)心兩兩對稱的四個天線單元、微帶線，所述天線單元包括有源貼片、兩個反射貼片、引向貼片；其中，微帶線分別與有源貼片連接，兩個反射貼片位于有源貼片的同一側(cè)，有源貼片位于兩個反射貼片和引向貼片之間。
[0008]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述有源貼片為正方形，反射貼片和引向貼片均為長方形。
[0009]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述反射貼片的長度為寬度的四倍。
[0010]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述引向貼片與有源貼片之間相距0.04個波長。
[0011]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述反射貼片與有源貼片之間相距0.03個波長。
[0012]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述微帶線的阻抗為100歐姆。
[0013]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述引向貼片的尺寸為0.423個波長。
[0014]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述天線單元之間相距0.6個波長。
[0015]作為本實用新型所述的L波段的準八木貼片天線陣列進一步優(yōu)化的方案，所述介質(zhì)基板為FR4介質(zhì)板。
[0016]本實用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0017](I)本實用新型是在準八木天線的基礎(chǔ)上采用陣列的方式和運用了天線陣和接收極化天線之間的電力傳輸效率的方案得到最佳的幅值相位來增大增益，且在L頻段上第一次采用微帶貼片八木天線作為天線單元來設(shè)計高增益天線；
[0018](2)本實用新型提供一個在L波段，增益為9.3dB的高增益天線，該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本低；
[0019](3)在L波段采用準八木貼片天線設(shè)計方案，結(jié)合陣列天線的優(yōu)化方式，可以實現(xiàn)比其他的準八木貼片天線增益高，更容易調(diào)節(jié)的特點，準八木貼片天線陣列使用FR4板材實現(xiàn)，具有成本低及降低面積等特點。
【附圖說明】
[0020]圖1是準八木貼片天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是準八木貼片天線陣列回波損耗sll。
[0022]圖3是準八木貼片天線陣增益圖。
[0023]圖中的附圖標記解釋為:1-介質(zhì)基板，2-有源貼片，3-反射貼片，4-引向貼片，5-微帶線，6-激勵端口。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明:
[0025]如圖1所示是準八木貼片天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，L波段的準八木貼片天線陣列，包括下表面接地的介質(zhì)基板I，還包括設(shè)置在介質(zhì)基板I上表面且關(guān)于介質(zhì)基板I的質(zhì)心兩兩對稱的四個天線單元、微帶線5，所述天線單元包括有源貼片2、兩個反射貼片3、引向貼片4 ;其中，微帶線5分別與有源貼片2連接，兩個反射貼片3位于有源貼片2的同一側(cè)，有源貼片2位于兩個反射貼片3和引向貼片4之間。
[0026]所述有源貼片2為正方形，反射貼片3和引向貼片4均為長方形，所述反射貼片3的長度為寬度的四倍，所述引向貼片4與有源貼片2之間相距0.04個波長，所述反射貼片3與有源貼片2之間相距0.03個波長，所述微帶線5的阻抗為100歐姆，所述引向貼片4的尺寸為0.423個波長，所述天線單元之間相距0.6個波長。所述介質(zhì)基板I為FR4介質(zhì)板。板子大小為5mm*164mm*289mm,介質(zhì)基板I下表面是接地板,上表面刻蝕金屬貼片。有源貼片2被饋電后向空間輻射電磁波，使反射貼片3、引向貼片4中產(chǎn)生感應(yīng)電流，也產(chǎn)生輻射。采用微帶線饋電方式，根據(jù)得到的最佳激勵設(shè)計對應(yīng)的饋電網(wǎng)絡(luò)，將饋電網(wǎng)絡(luò)和天線單元組成整體。50Ω的激勵端口 6連接同軸線為天線單元饋電。運用了天線陣和接收極化天線之間的電力傳輸效率的方案得到最佳的幅值相位，設(shè)計出對應(yīng)的饋電網(wǎng)絡(luò)，將饋電網(wǎng)絡(luò)和天線單元組成整體。天線印制在5mm*164mm*289mm的FR4介質(zhì)板上,通過同軸線端進行饋電。如果需要更高的增益，只需再添加輻射單元就可以了。調(diào)節(jié)微帶線饋線的長度導(dǎo)致輸入的幅度和相位的改變來實現(xiàn)準端射。
[0027]在一個天線單元中:有源貼片2取值0.47個波長，有源貼片2的凹陷是用來接連100歐姆的微帶線。引向貼片4尺寸為0.423個波長，兩個反射貼片3的總尺寸為有源貼片2的1.15倍，反射貼片3寬度取反射貼片3的長度的1/4倍，引向貼片4與有源貼片2相距0.04個波長，反射貼片3相距有源貼片2為0.03個波長，兩個反射貼片3之間距離與有源貼片2凹陷的尺寸相同同為0.1個波長左右。天線單元與天線單元之間相距0.6個波長。饋線是根據(jù)每個天線單元輸入電源的幅值相位來設(shè)計的，50歐姆的激勵端口出來時兩條100歐姆的微帶線，兩條微帶線相位相差180度。100歐姆的微帶線再分為兩條100歐姆的阻抗變換線進行阻抗變化，在連接70.7歐姆的微帶線連接到100歐姆的輸入端口。
[0028]圖2是準八木貼片天線陣列回波損耗sll。在中心頻率1670MHz處的回波損耗為_31db左右，表明此天線匹配良好。
[0029]圖3是準八木貼片天線陣增益圖，為準八木貼片天線陣2D增益圖，兩條線段分別是XOZ平面和xoy平面的2D增益圖。仿真結(jié)果表明在1670MHz處3°處增益達到了 9.17左右。而前后比為33左右，有較好的增益和前后比。
[0030]綜上所述，L波段的準八木貼片天線陣列的設(shè)計已得到驗證，運用此方案可以推廣到工程應(yīng)用中去。
[0031]以上實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能為此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.L波段的準八木貼片天線陣列，包括下表面接地的介質(zhì)基板，其特征在于，還包括設(shè)置在介質(zhì)基板上表面且關(guān)于介質(zhì)基板的質(zhì)心兩兩對稱的四個天線單元、微帶線，所述天線單元包括有源貼片、兩個反射貼片、引向貼片；其中，微帶線分別與有源貼片連接，兩個反射貼片位于有源貼片的同一側(cè)，有源貼片位于兩個反射貼片和引向貼片之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述有源貼片為正方形，反射貼片和引向貼片均為長方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述反射貼片的長度為寬度的四倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述引向貼片與有源貼片之間相距0.04個波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述反射貼片與有源貼片之間相距0.03個波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述微帶線的阻抗為100歐姆。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述引向貼片的尺寸為0.423個波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述天線單元之間相距0.6個波長。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L波段的準八木貼片天線陣列，其特征在于，所述介質(zhì)基板為FR4介質(zhì)板。
【專利摘要】本實用新型公開了L波段的準八木貼片天線陣列，包括下表面接地的介質(zhì)基板，還包括設(shè)置在介質(zhì)基板上表面且關(guān)于介質(zhì)基板的質(zhì)心兩兩對稱的四個天線單元、微帶線，所述天線單元包括有源貼片、兩個反射貼片、引向貼片；其中，微帶線分別與有源貼片連接，兩個反射貼片位于有源貼片的同一側(cè)，有源貼片位于兩個反射貼片和引向貼片之間。本實用新型提供一個在L波段，增益為9.3dB的高增益天線，該設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本低；在L波段采用準八木貼片天線設(shè)計方案，結(jié)合陣列天線的優(yōu)化方式，可以實現(xiàn)比其他的準八木貼片天線增益高，更容易調(diào)節(jié)的特點，準八木貼片天線陣列使用FR4板材實現(xiàn)，具有成本低及降低面積等特點。
【IPC分類】H01Q1-38, H01Q19-185, H01Q21-00, H01Q1-50
【公開號】CN204271254
【申請?zhí)枴緾N201420844355
【發(fā)明人】王友保, 顧夢云, 戚純雷
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2015年4月15日
【申請日】2014年12月26日