[發明專利]共形微波天線的設計與輻射特性建模方法

有效

• 申請號: 202010230634.1
• 申請日: 2020-03-27
• 公開（公告）號: CN111428427B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 羅康;孟進;葛松虎;劉宏波;郭宇;李毅;朱丹妮
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F30/30
• 分類號: G06F30/30
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 馬輝

本發明提供了一種共形微波天線的設計與輻射特性建模方法，包括以下步驟：基于窄條式安裝背景環境和寬帶通信業務需求設計共形微波天線，采用L?型探針在矩形輻射貼片寬邊耦合饋電的結構；根據等效傳輸線模型計算天線主模所對應的諧振頻率，然后根據等效傳輸線模型對等效介電常數、縮短因子進行修正；計算天線高頻諧振頻點，并擬合出低頻諧振頻點；根據通信業務工作頻段計算天線初始結構尺寸；當天線諧振頻點滿足設計要求后，根據獲得天線初始結構尺寸建立三維電磁仿真模型；根據三維電磁仿真模型確認天線性能，根據應用場景對天性的性能要求進行天線封裝設計。本發明能更好的滿足實際環境的需求。

技術領域

本發明涉及天線設計封裝技術領域，具體涉及一種共形微波天線的設計與輻射特性建模方法。

背景技術

天線作為通信系統的射頻輸入/輸出端，在電磁性能滿足要求的同時，還需要兼顧其結構形式，以便與系統兼容，并且還需要考慮設計成本與周期。當留給天線的設計空間為窄條式且需背饋時，要實現寬帶定向輻射，并兼顧交叉極化，通常設計思路是：在傳統窄帶背饋微帶天線的基礎上拓寬帶寬，或者在寬帶定向天線的基礎上調整結構為窄條式。然而，目前相關研究未見公開報道。

傳統微帶天線寬帶技術有：縫隙耦合饋電技術(DOI：10.1109/TAP.2004.838796)，結構簡單、帶寬較寬，但縫隙耦合不能實現背饋；Esin采用增加介質基片厚度拓寬阻抗帶寬到10％(DOI：10.1109/TAP.1986.1143890)，然而增加基板厚度會增加饋電探針長度，進而引起天線自身電感值的增加，并限制帶寬的進一步展寬。在背饋條件下拓展微帶天線阻抗帶寬的典型技術有：在輻射貼片上刻蝕槽縫使得電流在縫隙邊緣產生新的諧振，如T.Huynh提出的U型槽矩形貼片天線(DOI：10.1049/el:19950950)，Kin-Fai?Tong采用FDTD法數值計算(DOI：10.1109/8.865229)，提出采用較厚的微波介質板(εr＝2.33)而非泡沫層，可使U-型槽微帶天線帶寬拓展到27％；類字母型輻射貼片以激勵起多個高次諧振模式，如R.T.Cock提出的ψ-型貼片天線(DOI：10.1109/APS.1987.1149998)；在靠近饋電探針末端的輻射貼片引入電容效應以調諧探針的高電感，如P.S.Hall提出的基于細圓環縫隙的探針電感補償天線(DOI：10.1049/el:19870434)；在饋電結構中引入電容效應以調諧探針的高電感，如K.M.Luk提出的傳統L-型探針耦合饋電微帶天線(DOI：10.1049/el:19981009)。現有的中國發明專利L型探針饋電的雙頻微帶天線(申請號201811224145.4)、一種L型探針微帶天線(申請號201510329899.6)、L型探針饋電的寬帶多線極化可重構貼片天線及設計方法(申請號201810924098.8)、L型探針饋電寬頻帶圓極化貼片天線(申請號201610652447.6)等均直接采用仿真軟件分析L探針在貼片長邊饋電的情形。

然而，上述天線輻射貼片寬度均大于0.4λ，地板寬度通常大于1.0λ，不滿足特定環境下的天線窄條式設計(貼片和地板寬度均不大于0.22λ)，且未對L型探針耦合饋電天線的寬帶特性進行定量解析分析。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種共形微波天線的設計與輻射特性建模方法，更好的滿足實際環境的需求。

本發明提供了一種共形微波天線的設計與輻射特性建模方法，其特征在于包括以下步驟：

a.基于窄條式安裝背景環境和寬帶通信業務需求設計共形微波天線，采用L-型探針在矩形輻射貼片寬邊耦合饋電的結構；

b.根據等效傳輸線模型計算天線主模所對應的諧振頻率，然后對等效介電常數、縮短因子進行修正；

c.計算天線高頻諧振頻點，并擬合出低頻諧振頻點；

d.根據通信業務工作頻段計算天線初始結構尺寸；

e.當天線諧振頻點滿足設計要求后，根據獲得天線初始結構尺寸建立三維電磁仿真模型；