[發明專利]基于軟表面結構的貼片陣列天線

有效

• 申請號: 201710720024.8
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107634337B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 董剛;余森;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/48
• 分類號: H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q9/04;H01Q21/06
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 韋全生;王品華

本發明提出了一種基于軟表面結構的貼片陣列天線，旨在保持貼片陣列天線高增益的同時，實現小型化；包括自上而下層疊的五塊介質板，第一介質板上印制第一復合金屬帶，第二介質板上印制第二復合金屬帶和m×n個上層輻射單元，上層輻射單元由2×2個上層輻射貼片組成，第三介質板上設置m×n個第一金屬化通孔，該介質板上表面印制第三復合金屬帶和m×n個下層輻射單元，下層輻射單元由2×2個下層輻射貼片和主輻射貼片組成，該介質板下表面印制內部接地板，其上蝕刻m×n個饋電過孔；第一、第二和第三復合金屬帶，構成軟表面結構；第四介質板上設置m×n個第二金屬化通孔，第五介質板下表面印制外部接地板，上表面印制饋電網絡。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及一種貼片陣列天線，具體涉及一種基于軟表面結構的貼片陣列天線，可用于車載裝置等無線通信領域。

背景技術

隨著現代無線通信系統在世界范圍內的迅猛發展，對天線的性能要求越來越高，如方向性強、增益高、波束窄、體積小等。單個天線一般無法達到要求，因此需要組建陣列天線。陣列天線是現代雷達和通信系統中常見的一種天線形式。在陣列天線設計中，增益、尺寸是重要的性能指標。天線尺寸越大，則天線增益越高，但所需安裝天線的空間就越大。因此如何在保持陣列天線高增益的同時，縮小陣列天線尺寸是陣列天線設計的難點。

微帶貼片天線結構簡單，原理成熟，其平面結構使其在多層結構上的設計非常靈活，通過設置多層貼片可以實現寬頻帶、多頻段和高增益等特性，因此以微帶貼片天線為陣元進行陣列天線設計可以實現陣列天線的高增益和小型化設計。現有技術多通過設置寄生單元和抑制表面波的激勵來實現陣列天線的高增益設計。通過設置寄生單元來實現陣列天線的高增益設計，當設計的寄生單元滿足一定條件時，電磁波在輻射貼片、寄生單元以及地面之間經歷多次的輻射和反射后，在所需的方向上相互疊加。此時，增加的寄生單元起到引向器的作用，引導電磁波定向輻射，有效提高了天線增益。通過抑制表面波的激勵來實現陣列天線的高增益設計，具體方式有采用人工周期性結構、采用軟表面結構和在介質層中設置空腔。其中，人工周期結構需要占用大面積介質層形成完整的帶隙結構降低天線間的互耦作用，因此結構復雜，提升了加工難度和加工成本；在介質層中設置空腔能夠降低介質的等效介電常數，提升天線增益，但是設置空腔的介質板加工后模塊易碎，難以測試和應用；而軟表面結構尺寸較小，結構簡單，可以設置在天線單元之間而不顯著增加陣列天線的尺寸，有利于小型化設計。例如，2017年，IEEE Transactions on Antennas and Propagation刊登了Huayan Jin等人的題為“60-GHz LTCC Differential-Fed Patch Antenna ArrayWith High Gain by Using Soft-Surface Structures”的文章中，公開了一種基于軟表面結構的貼片陣列天線，使用差分饋電網絡對貼片天線進行同軸饋電，在貼片天線上方設置寄生貼片，同時在天線單元兩側設置對稱矩形金屬帶，用于抑制表面波并且提升陣列天線的增益，陣列天線尺寸為2.88λ×3λ×0.36λ，其中λ為空氣中波長，其陣列天線增益達到19.2dBi，但是這種兩側對稱的軟表面結構尺寸過大，導致貼片陣列天線尺寸過大，無法滿足小型化要求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種基于軟表面結構的貼片陣列天線，旨在保持貼片陣列天線高增益的同時，實現小型化。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：