寬帶寬波束矩形單極天線制造技術

本發明專利技術公開了一種矩形單極天線，涉及一種具有寬帶寬波束特性的機載天線，它由印制在介質基板的矩形貼片、共面波導和邊緣漸變結構地板構成。通過共面波導方式對其進行饋電，降低輻射損耗，對矩形導體貼片下端進行圓滑處理，優化阻抗匹配，將貼片底部開槽，設計邊緣漸變結構地板，可以有效的使天線波束展寬。本天線具有體積小、結構簡單、加工方便、波束寬、易集成等特點，寬頻帶內該天線在垂直面1.5dB波束寬度達到120°，在水平面內全向掃描，阻抗帶寬為7.1～12.8GHz，最大增益可達3.8dB，輻射特性穩定，滿足機載天線的性能指標，適合用做機載天線的共形單元。

【技術實現步驟摘要】
寬帶寬波束矩形單極天線
本專利技術涉及一種具有寬帶寬波束特性的機載天線，特別是一種共面波導饋電的寬帶寬波束矩形平面單極天線，寬頻帶內該天線在垂直面1.5dB波束寬度達到120°，在水平面內全向掃描，輻射特性穩定，適合用做機載天線的共形單元。
技術介紹
隨著雷達和通信系統的飛速發展，對機載天線的作戰能力范圍提出了更高的要求，除了要求具有寬帶特性外，還要實現寬波束掃描，即在方位面全向輻射，在俯仰面具有一定的波束掃描范圍，工作頻帶內穩定的方向性和天線增益，工作頻帶內足夠小的回波損耗。雙錐天線，盤錐天線與球狀天線具有良好的寬帶性能，但都是三維結構，體積比較龐大。采用圓形平板作為垂直于地面的天線輻射部分的平面單極天線，下面采用同軸線饋電，這類天線的下面都需要一個與天線輻射平面相垂直的導體接地板，增大了尺寸，不利于與有源電路集成。近幾年來，寬帶平面天線由于其低剖面、易集成等特點，已有了很大發展。共面波導相對于微帶線，具有輻射色散低、損耗小、電路易集成、與其他元器件能夠串并連接等優點。對于機載天線，關注的焦點是天線波束對空間的覆蓋，對增益要求不高，波束的范圍內達到0dB或-2dB即可，一般要求它的方向圖在水平面全向，在垂直面具有一定的波束寬度。矩形單極天線、螺旋天線、正旋天線以及橢圓形、半橢圓形的單極子天線已被證明具有不同程度的寬帶寬波束特性，其中螺旋天線和正旋天線設計加工比較復雜，而采用共面波導饋電的矩形單極天線能夠滿足上述要求，而且具有良好的電氣性能、電磁兼容性好、不易受電磁環境的干擾、較小的雷達散射截面，這些優點使其在航空、雷達、制導等領域得到了廣泛的應用。專利技術內容本專利技術的目的是提供一種體積小、結構簡單、加工方便、易集成的寬波束寬帶矩形單極天線，其輻射特性穩定，滿足機載天線的性能指標，可用于機載天線的共形單元。本專利技術的技術方案是，在F4B介質基板上印有矩形導體貼片(1)、共面波導(2)和邊緣漸變結構地板(3)，對矩形導體貼片下端進行圓滑處理，優化阻抗匹配，將貼片底部開槽，提高帶寬，通過共面波導方式對其進行饋電，降低輻射損耗，共面波導的下端與同軸接頭內導體相連，以便外接同軸線，將地板的邊緣設計成漸變結構，地板頂端插入矩形貼片底端的槽內，使天線滿足寬頻帶、多諧振的特性，介質基板下端的接地面與共面波導之間設有0.3mm的間隙。本專利技術的效果在于：本天線為平面結構，具有體積小、結構簡單、加工方便、波束寬、剖面低、易集成等特點，對矩形導體貼片下端進行圓滑處理，優化阻抗匹配，將貼片底部開槽，設計邊緣漸變結構地板，可以有效的使天線波束展寬，利用共面波導導帶作為饋源對縫隙進行激勵，通過采用不同的縫隙或者饋源結構，可以獲得很寬的阻抗帶寬，降低輻射損耗，提高電路集成度，在垂直面1.4dB波束寬度達到120°，在水平面內全向掃描，阻抗帶寬為7.1～12.8GHz，最大增益可達3.8dB，輻射特性穩定，滿足機載天線的性能指標，適合用于機載天線的共形單元。附圖說明圖1是本專利技術實例的正面結構示意圖。圖2是本專利技術實例回波損耗S11。圖3是本專利技術實例在頻率為7.8、9.9、11.9GHz時的XOZ面增益方向圖。圖4是本專利技術實例在頻率為7.8、9.9、11.9GHz時的YOZ面增益方向圖。具體實施方式本專利技術的具體實施方式是：如圖1所示，本寬波束寬帶單極矩形天線是由印制在介質基板上的矩形導體貼片(1)、共面波導(2)、邊緣漸變結構地板(3)和外接的同軸接頭(4)組成。對矩形導體貼片(1)下端進行圓滑處理并將底部開槽，利用共面波導(2)導帶作為饋源對縫隙進行激勵，共面波導的下端與同軸接頭(4)內導體相連，以便外接同軸線，介質基板下端的接地面與共面波導之間的間隙g＝0.3mm，邊緣漸變結構地板印制在介質基板的下端，邊緣為指數漸變結構，漸變形式為y＝eax+b，其中a為漸變常數，地板頂端插入矩形貼片底端的槽內。天線印刷在長l＝45mm、寬w＝50mm、基板厚度h為0.2mm的F4B基板上，其介電常數為2.55，介質損耗為0.001，矩形貼片的長l3＝21mm，寬w1＝14.5mm。由于介質材料的厚度較薄，采用微帶饋電不容易獲得50Ω的輸入阻抗，因此采用共面波導饋電方式。為獲得50Ω的阻抗，中心導帶寬度w2＝4.2mm，縫隙的寬度g＝0.3mm。使用HFSS仿真軟件進行優化設計，得出天線的主要結構尺寸(單位mm)：w1＝14.5；w2＝4.2；w3＝2.3；w4＝1.7；l1＝9；l2＝20.5；l3＝21；l4＝2.1；l5＝2.9；g＝0.3mm；a＝-0.2。圖2為本專利技術實例的回波損耗(S11)曲線，從仿真曲線可以看出，在7.8GH和9.9GHz附近獲得了良好的諧振特性，出現的最大反射系數頻點為11.9GHz，其值為-10.5dB，說明在工作頻帶內阻抗匹配良好，滿足設計天線的寬頻帶寬波束要求。從實測曲線可以看出，天線阻抗帶寬在7.1～12.8GHz范圍內在S11≤-10dB，阻抗帶寬較寬，S11在工作頻段內下陷深度增大。與仿真曲線相比，天線的絕對帶寬為5.7GHz，低頻端的帶寬有所提高，實測的諧振點分別為f＝8.5GHz，f＝11.8GHz，與仿真結果相比諧振點向右偏移，主要是由加工誤差和焊接SMA接頭引起的，天線滿足寬頻帶寬波束的要求。在諧振點f＝7.8GHz、f＝9.9GHz和高頻f＝11.9GHz處的XOZ面方向圖，即E面上的方向圖，如圖3所示。從圖中可以看出，方向圖關于主軸z軸幾乎是對稱的，且E面表現為“8”型，在±Z方向上輻射最弱，在±X方向上輻射最強，f＝7.8GHz時，E面最大增益為1.4dB，0dB波束寬度約為120°。f＝9.9GHz時，E面最大增益為2.4dB。f＝11.9GHz時，E面最大增益為3.6dB。在諧振點f＝7.8GHz、f＝9.9GHz和高頻f＝11.9GHz處的YOZ面方向圖，即H面上的方向圖，如圖4所示。從圖中可以看出，H面近似全向輻射。f＝7.8GHz時，H面最大增益為3.8dB，0dB波束寬度約為140°，最大輻射方向偏離主軸30°。f＝9.9GHz時，H面最大增益為0.5dB，最大輻射方向偏離主軸30°。f＝11.9GHz時，H面最大增益為1.8dB，最大輻射方向偏離主軸40°。從天線回波損耗曲線的可以得出，天線的阻抗帶寬為7.1～12.8GHz，滿足帶寬要求，從天線的方向圖可以得出，天線在整個工作頻段內，輻射特性穩定，在垂直面1.4dB波束寬度達到120°，在水平面內實現全向掃描，最大增益為3.8dB，滿足機載天線的性能指標，也適合用做機載天線的共形單元。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種一種共面波導饋電的寬帶寬波束矩形平面單極天線，由印制在F4B介質基板上的矩形導體貼片(1)、共面波導(2)和邊緣漸變結構地板(3)組成，其特征在于：對矩形導體貼片下端進行圓滑處理，優化阻抗匹配，將矩形導體貼片底部開槽，提高帶寬，通過共面波導方式對其進行饋電，降低輻射損耗，共面波導的下端與同軸接頭內導體相連，以便外接同軸線，將地板的邊緣設計成漸變結構，地板頂端插入矩形導體貼片底端的槽內，使天線滿足寬頻帶、多諧振的特性，介質基板下端的接地面與共面波導之間設有0.3mm的間隙。

【技術特征摘要】
1.一種寬帶寬波束矩形單極天線，由印制在F4B介質基板上的矩形導體貼片(1)、共面波導(2)和邊緣漸變結構地板(3)組成，其特征在于：將矩形導體貼片(1)底部開槽，通過共面波導方式對其進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：歐仁俠，王舒然，陳洪斌，霍旭陽，祝穎，鮑捷，吳潔，王艷玲，齊秋菊，李洪亮，張光雷，
申請(專利權)人：吉林醫藥學院，
類型：發明
國別省市：吉林;22