[發明專利]一種側面加載介質平板的高增益相控天線陣列

有效

• 申請號: 201710401420.4
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107275767B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 張安學;楊國鵬;李夢婷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q21/06;H01Q15/14;H01Q19/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

一種側面加載介質平板的高增益相控天線陣列，包括并列排布有多個天線單元的介質基板，天線單元兩側的介質基板上還平行設置有能夠對電磁波進行反射與透射的第一介質平板和第二介質平板，且所述的第一介質平板和第二介質平板關于全部天線單元所組成陣列的陣軸對稱設置。本發明具通過在天線單元兩側的介質基板上平行設置能夠對電磁波進行反射與透射的第一介質平板和第二介質平板，當反射系數相位接近0時，等效成在垂直于天線陣列陣軸方向組成了一個等間距、不等幅、同相饋電的天線陣列，這樣壓縮了天線單元垂直于天線陣列陣軸方向的半功率角度，有效提高了天線增益。本發明能夠減少天線單元的數量，加工成本低，具有較強的波束掃描能力。

技術領域

本發明涉及電磁場微波技術，具體涉及一種側面加載介質平板的高增益相控天線陣列。

背景技術

具有高增益與波束可調特性的天線在通信及無線傳感等領域中應用廣泛。使用大規模相控陣天線能夠實現天線的高增益并且具有波束掃描能力，相控陣中單元天線數量越多，天線增益越高。但是高增益相控陣由于天線單元多，使得饋電系統復雜，且成本較高。

因此，探索低成本、復雜度低的可調天線陣列設計方法是一個重要的研究方向。

Intel在Highly Directional Steerable Antennas文章中提出了使用介質透鏡的解決方案，但是該方案存在天線結構笨重，加工難度大的問題。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中的問題，提供一種側面加載介質平板的高增益相控天線陣列，該相控天線陣列具有波束掃描能力，并且易于加工，能夠降低成本。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

包括并列排布有多個天線單元的介質基板，天線單元兩側的介質基板上還平行設置有能夠對電磁波進行反射與透射的第一介質平板和第二介質平板，且所述的第一介質平板和第二介質平板關于全部天線單元所組成陣列的陣軸對稱設置。

所述的介質基板上并列排布有4個天線單元，天線單元采用大小為3.35mm*3.7mm的矩形貼片天線，且相鄰天線單元中心之間的距離均為6mm。

所述天線單元的中心頻率為26GHz，且均使用微帶線進行饋電。

所述的介質基板由介電常數為2.55的Neltec NY9225材料制成。

所述介質基板的底面覆銅，介質基板的尺寸為40mm*14mm*0.5mm。

第一介質平板和第二介質平板均由介電常數3.55的Rogers Ro4003材料制成，第一介質平板和第二介質平板的尺寸均為40mm*35mm*1.75mm，二者的間距為8mm。

第一介質平板和第二介質平板的反射系數通過下式進行計算：

式中，θ_i為入射角，θ_t為折射角，β₁為電磁波在空氣中的傳播常數，β₂為電磁波在介質中的傳播常數，d為介質板厚度，Γ₁為入射角為θ_i的平面電磁波由空氣入射到介質中的反射系數，T₁為入射角為θ_i的平面電磁波由空氣入射到介質中的透射系數，Γ₂為入射角為θ_t的平面電磁波由介質入射到空氣中的反射系數，T₂為入射角為θ_t的平面電磁波由介質入射到空氣中的透射系數；調節兩個介質基板的厚度，使反射系數相位趨于0，得到增益最高的相控天線陣列。

通過增加第一介質平板和第二介質平板的高度，使電磁波被反射的次數增多來提高增益。

通過增加介質基板上并列排布天線單元的數量來提高增益。