[發明專利]寬帶平板陣列天線

有效

• 申請號: 201410073352.X
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103825101A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 程鈺間;吳杰;黃偉娜;劉小亮
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q13/08;H01Q21/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術領域

本發明涉及微波毫米波天線技術領域，具體涉及一種寬帶平板陣列天線。

背景技術

在無線通信系統中，天線是信號接收和發射的關鍵部件。隨著無線移動通信技術的發展，要求微波毫米波天線在保證電氣性能的同時，盡可能實現低剖面、高增益、寬頻帶等特性。

低剖面天線的實現方式主要有印刷天線和波導縫隙天線。印刷天線厚度小，重量輕，易與安裝載體共形；缺點是饋線在毫米波頻率上損耗大，難以實現較高增益。波導縫隙天線具有較高的輻射效率，易實現波束賦形；缺點是體積偏大，帶寬窄，成本高。近年來基片集成波導作為一種新的傳輸線，在毫米波頻段上具有較小的饋線損耗，同時易與平面電路集成，是一種優良的毫米波饋線結構。利用縫隙槽或印刷天線作為輻射單元，再利用基片集成波導作為饋電網絡成為了毫米波天線組陣的一種較好選擇。

例如，有人提出了一種毫米波陣列天線，其包含一層介質層和兩層金屬覆銅層。上層金屬覆銅層上開輻射槽，下層金屬覆銅層作為地平面，中間介質層中利用金屬化過孔構成功率分配網絡。該結構形式結構緊湊，輻射效率高，天線最大增益33.1dBi，缺點是帶寬窄，1dB增益帶寬只有2%。

也有人提出了一種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線。該結構包含三層金屬覆銅層和兩層介質層，下層金屬覆銅層、中層金屬覆銅層和下層介質層構成基片集成波導饋電網絡，上層金屬覆銅層為圓形貼片輻射單元，上層介質層為上層金屬覆銅層中貼片輻射單元提供支撐。天線采用了1×4串聯縫隙饋電，再用一分四功分器構成4×4陣列。該陣列1dB增益帶寬可達6%，但考慮到其饋電采用了串饋結構，隨陣列天線口徑加大，其增益帶寬會逐漸下降；此外，其饋電結構面積較大，不利于小型化，很難進行大陣列組陣，以實現高增益。

從現有報道可以發現，雖然基片集成波導在毫米波天線及陣列設計中具有優勢，但并沒有很好的解決高增益和寬頻帶之間的矛盾，要同時實現陣列天線平面化、高增益、寬頻帶特性，困難較大。此外還有進一步增大增益的實際需求，考慮到長的基片集成波導在毫米波頻率的介質損耗也相當可觀，天線陣元增多帶來的增益提升會被饋線長度增加帶來的損耗所抵消，甚至出現負增長。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種既能夠實現寬頻帶且又可以提高陣列天線增益的寬帶平板陣列天線。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：該寬帶平板陣列天線，包括從上往下依次層疊設置的第一金屬覆銅層、第一介質層、第二金屬覆銅層、第二介質層、第三金屬覆銅層，所述第一金屬覆銅層上刻蝕有多組微帶子陣，所述每組微帶子陣由兩個微帶貼片單元和連接兩個微帶貼片單元的微帶饋線組成；第二介質層上設置有“工”字形的基片集成波導饋電網絡，所述基片集成波導饋電網絡包括多個基片集成波導單元以及功分調諧孔，所述基片集成波導單元由兩排邊壁孔以及位于兩排邊壁孔一端的短路孔構成，所述邊壁孔、短路孔、功分調諧孔均貫穿第二金屬覆銅層、第二介質層、第三金屬覆銅層，在第二金屬覆銅層上開有多個耦合槽，所述多個耦合槽分別與多個基片集成波導單元一一對應，每個耦合槽的中心線與對應的基片集成波導單元的中心線之間存在間隙，所述每個耦合槽同時對兩組微帶子陣饋電，每組微帶子陣中的兩個微帶貼片單元以及微帶饋線對稱的分布在耦合槽的兩側。

進一步的是，還包括波導饋電網絡，所述波導饋電網絡通過設置在第三金屬覆銅層上的第一饋電槽、第二饋電槽以及耦合調諧孔與基片集成波導饋電網絡相互連接，耦合調諧孔設置在第一饋電槽與第二饋電槽之間。

進一步的是，所述波導饋電網絡由多個H面T型結組成，所述每個H面T型結包括波導管以及連接在波導管兩端的法蘭盤，所述法蘭盤上設置有連接孔。

進一步的是，所述第一饋電槽與第二饋電槽平行排列，其開槽方向垂直于基片集成波導單元的軸線。

進一步的是，所述微帶貼片單元的形狀為矩形或圓形。

進一步的是，所述微帶饋線為階梯彎折狀。

進一步的是，所述耦合槽為矩形或橢圓形。

進一步的是，所述第一介質層與第二金屬覆銅層之間設置有粘接層。