一種垂直極化c波段寬頻帶短背射天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于雷達(dá)及通信天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種短背射天線。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在移動(dòng)數(shù)據(jù)通信傳輸、地面抗干擾通信及測(cè)控跟蹤系統(tǒng)中，前端天線多以垂直極化天線形式，如八木天線、富蘭克林天線、平面微帶天線及反射面天線等。這些天線往往存在天線尺寸較大、天線饋電系統(tǒng)匹配復(fù)雜、工程調(diào)試過(guò)程復(fù)雜、加工成本較高等問(wèn)題。在機(jī)載、高速列車等移動(dòng)通信領(lǐng)域中及高精度測(cè)向系統(tǒng)中為了擴(kuò)展通信距離，抑制地面通信的多徑干擾問(wèn)題，同時(shí)也要滿足小型化、制作安裝簡(jiǎn)便等特性，新的垂直極化、定向輻射、滿足寬頻帶工作、低副瓣、具有較高增益的天線的設(shè)計(jì)日趨重要。在眾多的垂直極化天線的形式中，短背射天線具有較高的福射增益，較低的副瓣福射。如H.W.Ehrenspeck在《Theshort-backf ire antenna〉〉(H.W.Ehrenspeck，“The short-backf ire antenn a，，，Proc.1EEE,vo1.53,n0.6,pp.1138-1140,Aug.1965.)中所述，短背射天線由一個(gè)反射器、半波振子及部分引向器組成。但是，普通的短背射天線存在工作帶寬窄、設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜、不宜加工實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)，尤其是整體天線尺寸過(guò)大，加工、安裝、調(diào)試過(guò)程都不方便，極大程度地限制了該天線的使用范圍。D.Gray與H.Tsuji在《Short backfire antenna with microstripClavin feed》(D.Gray H.Tsuji，“Short backfire antenna with microstrip Clavinfeed”，IET Microwave,Antennas&Propagat1n,2009,Vol.3，ISS.8，pp.1211-1217)中提出了一種L波段、基于傾斜寄生耦合線技術(shù)的寬帶圓極化短背射天線。但是在文獻(xiàn)中僅僅是對(duì)于短背射天線中的寄生元的作用進(jìn)行了原理性的探討，其傾斜耦合線的傾斜角度及安裝固定方式很難滿足簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，耐用的工程實(shí)際設(shè)計(jì)要求，且其設(shè)計(jì)中通過(guò)一根支撐桿安裝固定反射片的方式對(duì)于天線的輻射和饋電及安裝造成影響，更不便于工程應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種垂直極化C波段寬頻帶天線，采用微帶輻射陣元與寄生陣元耦合技術(shù)達(dá)到了主瓣寬、副瓣低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便攜小型化、寬頻帶工作的要求，可用于對(duì)地面基站通信、地面跟蹤引導(dǎo)通信及抗干擾通訊系統(tǒng)中。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括反射基板、反射陣元、介質(zhì)基體、寄生陣子、輻射天線陣元、輻射天線基板、輻射地、輻射地基板、反射腔及射頻連接件；
[0005]所述的反射腔為一端封閉一端開(kāi)口的中空柱體，開(kāi)口端被反射基板封閉，反射腔內(nèi)由封閉端向開(kāi)口端依次平行排列有輻射地基板、介質(zhì)基體和輻射天線基板;所述的反射基板為圓板，在反射基板朝向反射腔一側(cè)刻蝕有圓形反射陣元;所述輻射天線基板朝向反射基板一側(cè)的中心刻蝕有一片正方形的金屬貼片，構(gòu)成輻射天線陣元;所述輻射地基板朝向介質(zhì)基體一側(cè)為輻射地;所述的寄生陣子為銅制二層臺(tái)階圓柱體，小直徑段依次穿過(guò)輻射天線基板、介質(zhì)基體和輻射地基板，支撐在反射腔封閉端，大直徑段位于輻射天線基板朝向反射基板一側(cè);所述的射頻連接件由反射腔封閉端依次貫通輻射地基板、介質(zhì)基體和輻射天線基板，與輻射天線陣元的金屬貼片相接。
[0006]所述的反射基板使用型號(hào)為FR-4的PCB板材加工而成，厚度為天線工作波長(zhǎng)的
0.03倍，直徑為天線工作波長(zhǎng)的2倍;所述反射陣元的直徑為天線工作波長(zhǎng)的0.54倍。
[0007]所述的寄生陣子大直徑段的直徑為天線工作波長(zhǎng)的0.12倍，高度為天線工作波長(zhǎng)的0.06倍;小直徑段的直徑為天線工作波長(zhǎng)的0.06倍，高度為天線工作波長(zhǎng)的0.2倍。
[0008]所述寄生陣子的數(shù)量為4個(gè)，對(duì)稱分布于輻射天線陣元四周。
[0009]所述的輻射天線基板采用標(biāo)準(zhǔn)板材加工制作，直徑為天線工作波長(zhǎng)的1.85倍，厚度為天線工作波長(zhǎng)的0.03倍，在距中心0.46倍波長(zhǎng)的圓周上等間距開(kāi)有4個(gè)直徑為0.06倍波長(zhǎng)的通孔，為支撐寄生陣子的導(dǎo)通穿孔。
[0010]所述輻射天線陣元的邊長(zhǎng)為天線工作波長(zhǎng)的0.31倍。
[0011]所述輻射天線陣元上距離底邊0.019倍波長(zhǎng)處開(kāi)有一個(gè)鏤空的U型槽孔，U型槽孔的底邊長(zhǎng)為0.27倍波長(zhǎng)，兩個(gè)豎邊均為0.23倍波長(zhǎng)，U型槽孔的寬度為0.019倍波長(zhǎng);距離U型槽孔底邊0.053倍波長(zhǎng)處為輻射天線陣元饋電點(diǎn)位置。
[0012]所述的輻射地基板與輻射天線基板直徑相同，厚度相同。
[0013]所述的反射腔采用金屬鋁制作，外徑為天線工作波長(zhǎng)的1.88倍，高度為天線工作波長(zhǎng)的0.6倍，底板厚度為天線工作波長(zhǎng)的0.078倍，在距底板中心0.46倍波長(zhǎng)的圓周上等間距開(kāi)有與寄生陣子個(gè)數(shù)相同、直徑為天線工作波長(zhǎng)的0.06倍、深度為天線工作波長(zhǎng)的
0.06倍的定位孔，用于安裝寄生陣子。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:由于采用多功能寄生耦合陣列的設(shè)計(jì)方式，將天線整體結(jié)構(gòu)尺寸縮小的同時(shí)，進(jìn)一步展寬工作頻帶，實(shí)現(xiàn)了天線整體的安裝與固定。通過(guò)采用以上設(shè)計(jì)使得天線滿足垂直極化、寬主瓣、寬頻帶工作要求，天線增益大于13dB，天線3dB波束寬度為30°，駐波2以下頻帶寬度近15%。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線結(jié)構(gòu)裝配剖面示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線各組成部分爆炸示意圖。
[0018]圖4是一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線頂視圖。
[0019]圖5是一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線側(cè)視圖。
[0020]圖6是一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線底視圖。
[0021]圖7是本發(fā)明雙諧振圓極化短背射天線的SI，I參數(shù)曲線圖。
[0022]圖8是本發(fā)明雙諧振圓極化短背射天線的駐波曲線圖。
[0023]圖9是一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線的E面方向圖。
[0024]圖10是一種垂直極化C波段寬頻帶短背射天線的H面方向圖。
[0025]圖中，1.反射基板，2.反射陣元，3.介質(zhì)基體，4.寄生陣子，5.輻射天線陣元，6.輻射天線基板，7.輻射地，8.輻射地基板，9.反射腔，1.射頻連接件，11.反射板固定螺釘。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0027]本發(fā)明包括反射基板、反射陣元、介質(zhì)基體、寄生陣子、輻射天線陣元、輻射天線基板、輻射地、輻射地基板、反射腔及射頻連接件;反射板起到天線的保護(hù)罩及產(chǎn)生二次輻射的作用，使用標(biāo)準(zhǔn)PCB板材加工，板材型號(hào)為FR-4，整體呈圓板狀結(jié)構(gòu)，反射板基材厚度為天線工作波長(zhǎng)的0.03倍，直徑為2倍波長(zhǎng)，在反射板下表面刻蝕有圓形反射片，直徑為0.54倍波長(zhǎng)。寄生陣子起到電磁耦合、固定支撐及定位輻射天線陣元和輻射天線基板的作用，為銅制二層臺(tái)階圓柱體，上部起到寄生陣子作用直徑為0.12倍波長(zhǎng)，高度為0.06倍波長(zhǎng)，下部起到對(duì)天線的固定，支撐及定位作用，直徑為0.06倍波長(zhǎng)，高度為0.2倍波長(zhǎng)，為起到固定支撐作用，在寄生陣子下部表面加工有與直徑相對(duì)應(yīng)的螺紋，根據(jù)天線計(jì)算結(jié)果寄生陣子數(shù)量一般為4個(gè)，且對(duì)稱分布于輻射天線陣元四周。輻射天線陣元及輻射天線基板組成短背射天線的輻射單元部分，采用標(biāo)準(zhǔn)PCB板材加工制作，基材一般選擇為圓形陶瓷介質(zhì)材質(zhì)如羅杰斯的R05880板材，直徑為1.85倍波長(zhǎng)，厚度為天線工作波長(zhǎng)的0.03倍，在距中心0.46倍波長(zhǎng)的圓周上等間距開(kāi)有4個(gè)直徑為0.06倍波長(zhǎng)的通孔，為支撐寄生陣子的導(dǎo)通穿孔。在輻射天線基板的中心位置處經(jīng)過(guò)PCB板加工工藝刻蝕有一片正方形的金屬貼片，構(gòu)成輻射天線陣元。輻射天線陣元，邊長(zhǎng)為0.31倍波長(zhǎng)，為實(shí)現(xiàn)寬頻帶工作在距離陣元的底邊0.019倍波長(zhǎng)處開(kāi)有一個(gè)鏤空的“U”型槽孔，“U”型槽孔的底邊長(zhǎng)為0.27倍波長(zhǎng)，兩個(gè)豎邊等長(zhǎng)均為0.23倍波長(zhǎng)，“U”型槽孔的寬度為0.019倍波長(zhǎng)。距離“U”型槽孔底邊0.053倍波長(zhǎng)為輻射天線陣元饋電點(diǎn)位置。輻射地與輻射