[發明專利]采用互補天線的寬帶陣列天線

有效

• 申請號: 200580016273.4
• 申請日: 2005-03-16
• 公開（公告）號: CN101065881A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: M·古斯塔森
• 申請（專利權）人: 艾利森電話股份有限公司
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 龔海軍;王勇

技術領域

本發明涉及利用自互補天線結構的天線，并且更加具體地講，是利用少量電 介質片獲得寬帶陣列天線。

背景技術

自互補天線是與頻率無關的天線的基本范例。它們以單一天線元件和天線陣 列存在。眾所周知，平面自互補天線具有Z₀/2＝188.5Ω的恒定阻抗，即，空間 固有阻抗的一半。由于平面自互補天線陣列向上和下兩個方向都進行輻射，即， 雙向輻射，因此插入背襯接地平面的影響是破壞性的[1]。接地平面的影響可以 借助天線元件和接地平面之間的雷達吸收材料來減小。這以雷達吸收材料中吸收 掉一半功率為代價給出了一種寬帶陣列。在本文中，示出了在平面自互補天線元 件上疊置電介質片能夠減小接地平面的惡化影響，并且因此可被用來設計超帶寬 天線。電介質片起到濾波器的作用并且變換從天線元件看到的阻抗。將這些片選 擇成具有相等的光學厚度，并且因此，類似于寬帶匹配中四分之一波長變換器的 用途[2]。針對無限大天線陣列給出了數值結果，該無限大天線陣列在兩個電介 質片的情況下，在-13dB處具有4.7∶1的寬面帶寬，而在三個電介質片的情況下， 在-17dB處具有5.5∶1的寬面帶寬。

使用電介質片來提高天線性能不是新技術?？梢允褂秒娊橘|片來進行[3]中 所示的平面陣列的大角度阻抗匹配。在[2]中，還示出了，可以使用電介質片來 提高由緊密間隔的偶極子構成的陣列的帶寬。

發明內容

使用薄電介質片(‘電介質底襯(under-ware)’)作為綴片陣列(patch?array) 的環境保護。我們觀察到，所述薄電介質片幾乎根本不會改變阻抗。由于互補陣 列的恒定阻抗特性，因此接地平面的影響是破壞性的。改變接地平面距離的效果 主要是在史密斯圓圖中阻抗的旋轉和拉伸，即，頻率變標。一種包括綴片元件和 接地平面的寬帶天線陣列，其中所述陣列構成提供大帶寬的無限大自互補結構并 且采用了處于天線元件上方的電介質片，由此這些電介質片將會使天線元件的阻 抗與自由空間匹配。在典型的實施方式中，使用了至少三個電介質片，由此每個 電介質片為輸入阻抗添加了一個環形，正如在史密斯圓圖中可以直觀地看到的。

附圖說明

本發明連同它的其它目的和優點可以通過與附圖相結合地參閱下面的說明來 得到最佳理解，其中：

圖1a以頂視圖形式圖解說明陣列的幾何結構，其中無限大陣列由沿著角周期性重 復的正方形理想電導體(PEC)綴片組成；

圖1b以側視圖形式圖解說明將光學厚度為d的電介質片疊置在綴片上方的情況；

圖2總體上圖解說明在按照以GHz為單位的頻率進行寬面掃描的情況下仿真的阻 抗；

圖2a綴片陣列為中心點，綴片陣列與環境保護一起為離開中心的短弧，接地平面 將阻抗變換為旋轉大約Z₀/2；

圖2b在相對于175Ω對阻抗進行了歸一化的情況下，對于單獨一個ε₁＝4的電介 質片，給出了4∶1的-10dB帶寬；

圖2c在相對于120Ω對阻抗進行了歸一化的情況下，對于d＝8mm、ε₁＝7和ε₂＝3的兩個電介質片的情況，給出了4.7∶1的-13dB帶寬；

圖2d在相對于120Ω對阻抗進行了歸一化的情況下，對于d＝8mm、ε₁＝7.2和ε₂＝3.4和ε₃＝1.8的三個電介質片的情況，給出了5.5∶1的-17dB帶寬；

圖3a圖解說明針對兩個電介質片的情況，對H-平面的30°，45°和60°的掃描角度相 對于120Ω進行了歸一化的仿真反射系數；

圖3b圖解說明針對兩個電介質片的情況，對E-平面的30°，45°和60°的掃描角度相 對于120Ω進行了歸一化的仿真反射系數；

圖4a圖解說明針對三個電介質片的情況，對H-平面的30°，45°和60°的掃描角度相 對于120Ω進行了歸一化的仿真反射系數；

圖4b圖解說明針對三個電介質片的情況，對E-平面的30°，45°和60°的掃描角度相 對于120Ω進行了歸一化的仿真反射系數；

圖5a圖解說明具有兩個電介質片的綴片的參數研究，此時對阻抗進行了仿真，并 且相對于120Ω對阻抗進行了歸一化，并且在固定的接地平面距離d＝10mm且電 介質片固定不變的情況下綴片寬度發生變化；