專利名稱：寬頻帶平面印刷空饋天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面印刷天線，尤其涉及一種寬頻帶平面印刷空饋天線。
背景技術(shù)：
目前，印刷天線得到越來越廣泛的應(yīng)用，但是，獨(dú)立饋電的印刷天線單元只能達(dá)到較低的增益，而由多個(gè)印刷天線單元組成陣列的印刷天線，雖然能達(dá)到很高的增益，但是需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，會(huì)導(dǎo)致天線的實(shí)用頻帶變窄。另一方面，現(xiàn)有的印刷空饋天線如反射陣天線和傳輸陣天線都必須裝配饋源，饋源到陣面的距離大約相當(dāng)于陣面的直徑，構(gòu)成高聳的支架而不便于安裝。因而，現(xiàn)有技術(shù)中的印刷天線難以同時(shí)滿足寬頻帶、高增益、高口徑效率的性能和簡潔、低剖面的結(jié)構(gòu)要求。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種寬頻帶、高增益、高口徑效率的低剖面的寬頻帶平面印刷空饋天線。
技術(shù)方案為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供的寬頻帶平面印刷空饋天線，包括上反射蓋板、下反射底板和饋源，上反射蓋板和下反射底板相互平行并通過介質(zhì)柱固定連接，兩者的間隔小于所輻射電磁波的半波長。上反射蓋板由上介質(zhì)基片和多個(gè)印刷在其內(nèi)表面的相互隔離的上金屬貼片組成，下反射底板由下介質(zhì)基片和印刷在其外表面的下金屬反射板組成，饋源印刷在下介質(zhì)基片的內(nèi)表面，同時(shí)，以饋源在上介質(zhì)基片上的正投影位置為中心，上金屬貼片分布在該中心的周圍，在以該中心為原點(diǎn)的同一條射線方向上，位于外側(cè)的上金屬貼片的面積小于或者等于位于里側(cè)的上金屬貼片的面積，且不全相等。
作為本發(fā)明的改進(jìn)方案，在前述寬頻帶平面印刷空饋天線的下介質(zhì)基片的上表面，印刷有多個(gè)相互隔離的下金屬貼片，所述這些下金屬貼片分布在饋源的周圍，在以饋源為原點(diǎn)的同一條射線方向上，位于外側(cè)的下金屬貼片的面積大于或者等于位于里側(cè)的下金屬貼片的面積，且不全相等。
作為本發(fā)明的細(xì)化，所述的上金屬貼片逐圈排列在所述中心的周圍，各圈上的上金屬貼片的面積由內(nèi)到外逐圈遞減、或若干相鄰圈的上金屬貼片的面積相等。所述的下金屬貼片逐圈排列在饋源的周圍，各圈上的下金屬貼片的面積由內(nèi)到外逐圈遞增、或若干相鄰圈的下金屬貼片的面積相等。
有益效果本發(fā)明的寬頻帶平面印刷空饋天線，由于在上反射蓋板和下反射底板設(shè)置了按規(guī)律排列的金屬貼片，使天線在不同頻率上具有局部補(bǔ)償作用，實(shí)現(xiàn)了天線的寬頻帶。同時(shí)，由于不同面積的金屬貼片對從饋源到不同金屬貼片之間的電磁波的路徑相位差具有補(bǔ)償作用，以及下反射底板對經(jīng)上反射蓋板反射的電磁波進(jìn)行再反射，使得透射波實(shí)現(xiàn)了同相疊加，從而提高了增益和口徑效率。另外，本發(fā)明的寬頻帶平面印刷空饋天線還具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易于批量加工制造的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的上反射蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的下反射底板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的饋源結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有上反射蓋板1、下反射底板2、饋源3、介質(zhì)柱4、上介質(zhì)基片11、上金屬貼片12、下介質(zhì)基片21、下金屬反射板22、下金屬貼片23、長方形的貼片31、U形縫隙32、饋點(diǎn)33。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)一步具體說明。
一、第一實(shí)施例圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明實(shí)施例的上反射蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1、圖2所示的本實(shí)施例的寬頻帶平面印刷空饋天線，由上反射蓋板1、下反射底板2和饋源3構(gòu)成，上反射蓋板1由上介質(zhì)基片11和110個(gè)印刷在其下表面的相互隔離的上金屬貼片12組成，下反射底板2由下介質(zhì)基片21和印刷在其下表面的下金屬反射板22組成，上反射蓋板1和下反射底板2相互平行，通過介質(zhì)柱4固定連接，兩者之間設(shè)有厚度為10.0mm的空氣間隙5，饋源3印刷在下介質(zhì)基片21的上表面。上介質(zhì)基片11為長方形，其長、寬、厚依次為68mm、61mm、1.6mm，相對介電常數(shù)為3.2。下介質(zhì)基片21的形狀、幾何尺寸、相對介電常數(shù)均和上介質(zhì)基片11相同。下金屬反射板22為長方形，其長、寬、厚依次為68mm、61mm、1.0mm。如圖2所示，上金屬貼片12是正方形的金屬小貼片，該110個(gè)正方形的金屬小貼片在同一平面縱橫排列，共排成11行10列，饋源3在上介質(zhì)基片11上的正投影位置處于該金屬小貼片陣列的中心，相鄰兩行金屬小貼片的中心距和相鄰兩列金屬小貼片的中心距均為5.3mm。其中，從外向里，外邊三圈的正方形金屬小貼片的邊長依次為3.8mm、4.3mm、4.4mm，最里側(cè)兩圈的正方形金屬小貼片的邊長都為5.1mm。圖4是本發(fā)明的饋源結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，本實(shí)施例的饋源3采用同軸饋電的U形縫隙矩形貼片輻射器，通過在長方形的貼片31上腐蝕掉一個(gè)U形縫隙32制成，采用同軸饋電在饋點(diǎn)33上，其中的參數(shù)為貼片31長度px＝8.3mm、寬度py＝4.8mm，U形縫32的兩條垂直縫隙與貼片31上邊緣的間距su＝0.5mm、U形縫32的水平縫隙長度ux＝4.8mm、U形縫32的兩條垂直縫隙的長度uy＝3.7mm、U形縫32的兩條垂直縫隙寬度wh＝0.7mm、U形縫32的水平縫隙的寬度wv＝0.4mm、饋點(diǎn)33與貼片31上邊緣的距離fy＝2.7mm。
利用CST公司的CST MICROWAVE STUDIO或Ansoft公司的電磁仿真軟件HFSS進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示該天線-10dB回波損失的阻抗頻帶為13.32GHz～17.31GHz，基本上包容了增益的-3dB頻帶13.26GHz～15.01GHz，因此，實(shí)用頻帶為13.32GHz～15.01GHz，相對帶寬為11.9％，諧振頻率14GHz所對應(yīng)的增益最大值達(dá)到18.4dBi，口徑效率為61.5％；E/H面輻射波瓣圖的主瓣半功率寬度為18.7°/18.9°，對電磁波起到了聚焦作用；旁瓣電平為E面-18.0dB、H面-19.2dB，前后輻射比約25.1dB；整個(gè)天線厚度僅為14.2mm。
二、第二實(shí)施例參見圖1。本實(shí)施例的寬頻帶平面印刷空饋天線，由上反射蓋板1、下反射底板2和饋源3構(gòu)成，上反射蓋板1由上介質(zhì)基片11和110個(gè)印刷在其下表面的相互隔離的上金屬貼片12組成，下反射底板2由下介質(zhì)基片21和印刷在其下表面的下金屬反射板22組成，上反射蓋板1和下反射底板2相互平行，通過介質(zhì)柱4固定連接，兩者之間設(shè)有厚度為8.8mm的空氣間隙5，饋源3印刷在下介質(zhì)基片21的上表面。上介質(zhì)基片11為長方形，其長、寬、厚依次為70mm、63mm、1.6mm，相對介電常數(shù)為3.2。下介質(zhì)基片32的形狀、幾何尺寸、相對介電常數(shù)均和上介質(zhì)基片11相同。下金屬反射板31為長方形，其長、寬、厚依次為70mm、63mm、1.0mm。參見圖2，本實(shí)施例的上金屬貼片12是正方形的金屬小貼片，該110個(gè)正方形的金屬小貼片在同一平面縱橫排列，共排成11行10列，饋源3在上介質(zhì)基片11上的正投影位置處于該金屬小貼片陣列的中心，相鄰兩行金屬小貼片的中心距和相鄰兩列金屬小貼片的中心距均為4.8mm。其中，從外向里，外邊三圈的正方形金屬小貼片的邊長依次為4.0mm、4.3mm、4.4mm，最里側(cè)兩圈的正方形金屬小貼片的邊長都為4.6mm。圖3是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的下反射底板結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，在本實(shí)施例的印刷天線的下介質(zhì)基片21的上表面，印刷有108個(gè)與饋源3共面并相互隔離的下金屬貼片23，下金屬貼片23是正方形的金屬小貼片，該108個(gè)正方形的金屬小貼片在同一平面縱橫排列，共排成11行10列，饋源3位于該金屬小貼片陣列的中心，即饋源3處于該陳列的第六行、第五和第六列的位置，相鄰兩行金屬小貼片的中心距和相鄰兩列金屬小貼片的中心距均為5.4mm，其中，最外邊三圈上的正方形金屬小貼片的邊長均為次為2.9mm，從外向里第四圈上的正方形金屬小貼片的邊長為2.8mm，位于饋源3上下兩側(cè)的四個(gè)正方形金屬小貼片的邊長為2.6mm。參見圖4，本實(shí)施例的饋源3采用如圖4所示的同軸饋電的U形縫隙矩形貼片輻射器，通過在長方形的貼片31上腐蝕掉一個(gè)U形縫隙32制成，采用同軸饋電在饋點(diǎn)33上，其中的參數(shù)為其中的參數(shù)為貼片31長度px＝8.1mm、寬度py＝4.6mm，U形縫32的兩條垂直縫隙與貼片31上邊緣的間距su＝0.7mm、U形縫32的水平縫隙長度ux＝4.5mm、U形縫32的兩條垂直縫隙的長度uy＝3.5mm、U形縫32的兩條垂直縫隙寬度wh＝0.7mm、U形縫32的水平縫隙的寬度wv＝0.6mm、饋點(diǎn)33與貼片31上邊緣的距離fy＝2.7mm。利用CST公司的CST MICROWAVE STUDIO或Ansoft公司的電磁仿真軟件HFSS進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示該天線-10dB回波損失的阻抗頻帶為13.82GHz～18.44GHz，增益的-3dB頻帶為13.59GHz～14.97GHz，實(shí)用頻帶為13.82GHz～14.97GHz，相對帶寬為8.0％，諧振頻率14GHz所對應(yīng)的增益最大值達(dá)到19.5dBi，口徑效率為74.4％；E/H面輻射波瓣圖的主瓣半功率寬度為18.2°/17.8°，對電磁波起到了聚焦作用；旁瓣電平為E面-17.3dB、H面-18.7dB，前后輻射比約36.4dB；整個(gè)天線的厚度僅為13.0mm。
權(quán)利要求
1.一種寬頻帶平面印刷空饋天線，包括上反射蓋板(1)、下反射底板(2)和饋源(3)，上反射蓋板(1)和下反射底板(2)相互平行并通過介質(zhì)柱(4)固定連接，上反射蓋板(1)由上介質(zhì)基片(11)和多個(gè)印刷在其內(nèi)表面的相互隔離的上金屬貼片(12)組成，下反射底板(2)由下介質(zhì)基片(21)和印刷在其外表面的下金屬反射板(22)組成，饋源(3)印刷在下介質(zhì)基片(21)的內(nèi)表面，其特征在于以饋源(3)在上介質(zhì)基片(11)上的正投影位置為中心，上金屬貼片(12)分布在該中心的周圍，在以該中心為原點(diǎn)的同一條射線方向上，位于外側(cè)的上金屬貼片(12)的面積小于或者等于位于里側(cè)的上金屬貼片(12)的面積，且不全相等。
2.如權(quán)利要求1所述的寬頻帶平面印刷空饋天線，其特征在于所述上金屬貼片(12)逐圈排列在所述中心的周圍，其中，位于最里側(cè)的兩圈上的上金屬貼片(12)的面積相等，而位于其余各圈上的上金屬貼片(12)的面積，由內(nèi)到外逐圈遞減。
3.如權(quán)利要求1所述的寬頻帶平面印刷空饋天線，其特征在于在下介質(zhì)基片(21)的內(nèi)表面，印刷有多個(gè)相互隔離的下金屬貼片(23)，所述下金屬貼片(23)分布在饋源(3)的周圍，在以饋源(3)為原點(diǎn)的同一條射線方向上，位于外側(cè)的下金屬貼片(23)的面積大于或者等于位于里側(cè)的下金屬貼片(23)的面積，且不全相等。
4.如權(quán)利要求3所述的寬頻帶平面印刷空饋天線，其特征在于所述下金屬貼片(23)逐圈排列在饋源(3)的周圍，其中，位于最外側(cè)的三圈上的下金屬貼片(23)的面積相等，而位于其余各圈上的下金屬貼片(23)的面積，由內(nèi)到外逐圈遞增。
全文摘要
寬頻帶平面印刷空饋天線是一種寬頻帶、高增益、高口徑效率的低剖面的寬頻帶平面印刷空饋天線。該天線包括上反射蓋板、下反射底板和饋源，上反射蓋板和下反射底板相互平行并通過介質(zhì)柱固定連接。上反射蓋板由上介質(zhì)基片和多個(gè)印刷在其下表面的相互隔離的上金屬貼片組成，下反射底板由下介質(zhì)基片和印刷在其下表面的下金屬反射板組成，饋源印刷在下介質(zhì)基片的上表面，同時(shí)，以饋源在上介質(zhì)基片上的正投影位置為中心，上金屬貼片分布在該中心的周圍，在以該中心為原點(diǎn)的同一條射線方向上，位于里側(cè)的上金屬貼片的面積大于或者等于位于外側(cè)的上金屬貼片的面積，但不全相等。該天線具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、易于批量加工制造的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q19/10GK101064377SQ200710022368
公開日2007年10月31日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者章文勛, 符道臨, 葛志晨 申請人:東南大學(xué)