[發(fā)明專利]寬帶圓極化平面縫隙四元天線陣

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910310458.6
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN101702468A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁桂甫;陸聞靜;宿智娟
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01Q13/10
• 分類號: H01Q13/10
• 代理公司: 上海交達專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于共面波導(dǎo)饋電網(wǎng)絡(luò)的寬帶圓極化平面縫隙四元天線陣。

背景技術(shù)

隨著衛(wèi)星通信的發(fā)展和無線電頻道的日益擁擠，無線電技術(shù)朝越來越短的毫米波、亞毫米波方向發(fā)展。毫米波具有極寬的帶寬，分辨率高、全天候工作的特點，毫米波元件的尺寸小，更易小型化、集成化。因此毫米波技術(shù)在軍事、通信、安全等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)天線在毫米波段遇到了新的困難。首先，隨著頻率的提高，對加工精度的要求越來越高，傳統(tǒng)的機械加工已經(jīng)不能滿足這種要求了，必須借助于新的高精度的加工技術(shù)。而微機電系統(tǒng)微細加工技術(shù)能滿足加工精度的要求。它具有精度高、可控性好、可批量制造、與IC工藝相兼容等優(yōu)點。此外，輻射單元也必須重新設(shè)計，以滿足毫米波系統(tǒng)小型化、集成化等要求。

貼片天線是符合毫米波要求的形式之一，它具有體積小、重量輕、低剖面、增益高、便于與有源器件集成等優(yōu)點。但是傳統(tǒng)的微帶線饋電的貼片天線也有缺點，如：微帶線輻射損耗大、色散大、饋線與輻射元之間隔離度差、襯底厚度對特征阻抗影響較大。另一方面，傳統(tǒng)的微帶貼片天線頻帶比較窄，無法適應(yīng)現(xiàn)代通信寬頻帶的要求。而以共面波導(dǎo)(CPW)饋電的平面縫隙天線除了繼承了傳統(tǒng)貼片天線體積小、重量輕、低剖面、增益高、便于與有源器件集成等優(yōu)點，還具有低損耗和色散小等優(yōu)點，以及超寬頻帶的特性，越來越受到研究人員的關(guān)注。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，H.D.Chen在《天線與傳播進展》(《IEEETransactions?on?Antennas?and?Propagation》VOL?51，2003，第1982頁-1986頁)上發(fā)表的“Broadband?CPW-Fed?Square?Slot?Antennas?with?a?Widened?Tuning?Stub”(“帶寬調(diào)節(jié)支的共面波導(dǎo)饋電寬頻帶矩陣縫隙天線”)，該文中提出采用矩形寬縫作為輻射單元，并附加調(diào)節(jié)支，實現(xiàn)60％的頻帶寬度，但其不足之處在于天線未實現(xiàn)圓極化。對于如雷達通訊等應(yīng)用，除了需要較寬的頻帶，圓極化天線單元也較線極化單元性能優(yōu)越。一般的用于微帶天線實現(xiàn)圓極化的雙饋法或微擾法對于縫隙天線往往并不有效，需重新設(shè)計。由于平面縫隙天線由縫隙進行輻射的特點，天線一般較難實現(xiàn)寬帶圓極化。

對于單個天線，其方向圖不易控制，增益不高，其他參量往往也不能滿足使用要求，所以在某些應(yīng)用場合需要使用陣列天線。陣列天線的各組成天線單元應(yīng)有一定的排列規(guī)律和饋電方式，以獲得所要求的功能。陣列天線的輻射電磁場是組成該天線陣各單元輻射場的總和。由于各單元的位置和饋電電流的振幅和相位均可以獨立調(diào)整，這就使陣列天線具有各種不同的功能，這些功能是單個天線無法實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種寬帶圓極化平面縫隙四元天線陣，具有小型化、平面化、寬頻帶的特點，解決了平面縫隙天線不易實現(xiàn)的圓極化的技術(shù)問題，并且將天線單元結(jié)構(gòu)排成1×4的線陣，提高了增益和頻帶。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括：圓極化縫隙輻射陣列和微波介質(zhì)層，其中：圓極化縫隙輻射陣列位于微波介質(zhì)層上，所述圓極化縫隙輻射陣列包括：四個圓極化縫隙輻射單元和若干饋線，其中：每兩個圓極化縫隙輻射單元由饋線并聯(lián)形成輻射支路，兩個輻射支路由饋線并聯(lián)形成輻射干路，所述的四個圓極化縫隙輻射單元的圓心位于同一軸線上。

所述的饋線包括：弧形饋線和T字形饋線，其中：T字形饋線的三端分別與弧形饋線相連。

所述的弧形饋線為1/4圓環(huán)狀；

所述的圓極化縫隙輻射單元包括：共面波導(dǎo)饋線、圓環(huán)形輻射縫隙、微擾短路調(diào)節(jié)支、中心金屬圓形貼片和外圍接地板，其中：共面波導(dǎo)饋線、圓環(huán)形輻射縫隙、微擾短路調(diào)節(jié)支、中心金屬圓形貼片和外圍接地板處于同一平面且設(shè)置在微波介質(zhì)層上，共面波導(dǎo)饋線與中心金屬圓形貼片的下端相連，微擾短路調(diào)節(jié)支的兩端分別與中心金屬圓形貼片的水平方向一側(cè)以及外圍接地板相連接，圓環(huán)形輻射縫隙位于外圍接地板和中心金屬圓形貼片之間。

所述的共面波導(dǎo)饋線、圓環(huán)形輻射縫隙、微擾短路調(diào)節(jié)支采用掩膜、光刻、電鍍的方法制作在微波介質(zhì)基底上。