【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及陣列天線，尤其是涉及一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射增強(qiáng)陣列天線。
技術(shù)介紹
1、隨著電子科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線電漸漸成為移動(dòng)通信的主流方式，天線作為無(wú)線通信系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射/接收終端，其發(fā)揮著重要且不可替代的作用。單一天線受制于輻射原理，增益與掃描角寬較小，漸漸無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用中的具體高增益、高方向性、強(qiáng)抗干擾能力等高指標(biāo)要求，如果將多個(gè)相同或不同結(jié)構(gòu)的單元天線按照一定的規(guī)律排布在輻射口徑面或輻射空間內(nèi)，這些天線的集合就可以共同工作，達(dá)到更高的參數(shù)需求。這樣的天線集合稱之為陣列天線。
2、在陣列天線中，端射陣列由于其具有更高的方向性系數(shù)、更強(qiáng)的端射掃描性能，通常應(yīng)用于各種高速掃描載體。眾所周知，當(dāng)陣列天線中單元結(jié)構(gòu)確定后，可以通過(guò)減小單元間距，進(jìn)一步提高陣列天線的方向性系數(shù)。但這種提高不是無(wú)止境的，由于單元結(jié)構(gòu)尺寸實(shí)際不能無(wú)限小，同時(shí)過(guò)小的單元間距會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的單元互耦，從而使得優(yōu)化過(guò)程適得其反。因此，在實(shí)際的端射增強(qiáng)中需要考慮具體的單元結(jié)構(gòu)和耦合情況，設(shè)計(jì)滿足要求的緊湊端射陣列。
3、在一些研究中，科研人員往往會(huì)混淆實(shí)際增益與方向性系數(shù)，過(guò)度地優(yōu)化激勵(lì)，導(dǎo)致一些方向性系數(shù)優(yōu)化的激勵(lì)反而實(shí)際增益很差。在這些問(wèn)題中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)緊湊型陣列天線架構(gòu)的身影，這是由于緊湊型陣列天線通常會(huì)有很強(qiáng)的相鄰端口隔離度，從而導(dǎo)致大部分能力在輸入后直接被反射，只有少部分能力用于天線輻射。為了改善緊湊平面端射陣列天線的輻射效果，需要從解耦的角度出發(fā)，研究解耦結(jié)構(gòu)與端口散射參數(shù)之間的關(guān)系。
4、a.rama
5、吳克利等在a?decoupling?technique?for?four-element?symmetric?arrayswith?reactively?loaded?dummy?element中提出了一種基于虛元加載的四單元對(duì)稱寄生諧振解耦結(jié)構(gòu)。寄生結(jié)構(gòu)解耦的缺點(diǎn)也很明顯，首先引入的寄生結(jié)構(gòu)與原有輻射結(jié)構(gòu)相似，占用較大陣面空間；其次引入的寄生結(jié)構(gòu)需要多次仿真，選擇最優(yōu)的參數(shù)指標(biāo)，從而在不影響原有帶寬匹配的條件下實(shí)現(xiàn)去耦目的。
6、雖然端射陣列的概念在很早之前就已經(jīng)被提出了，但對(duì)緊湊型端射陣列的研究還存在一定的空缺。端射陣列的設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：1.緊湊型端射陣列要求單元天線具有較小的物理尺寸和較低的剖面高度，給設(shè)計(jì)帶來(lái)難度；2.緊湊型端射陣列通常具有極強(qiáng)的耦合效應(yīng)，給后續(xù)端射配相帶來(lái)困難；3.有限大的緊湊型端射陣列會(huì)在邊緣單元出現(xiàn)很強(qiáng)的邊緣效應(yīng)，使其出現(xiàn)方向圖畸變。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)鑒于上述技術(shù)背景，提出了一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射陣列天線，通過(guò)引入寄生解耦結(jié)構(gòu)，從而改善緊湊平面端射陣列的端口散射參數(shù)與輻射特性，達(dá)到平面端射增強(qiáng)的效果。該天線陣列克服了傳統(tǒng)緊湊單極子平面端射陣列中相鄰端口隔離度與輻射效率極低的劣勢(shì)，在保證天線陣列低剖面的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)端射輻射增強(qiáng)。
2、構(gòu)成該陣列的輻射單極子天線單元諧振于3ghz，諧振帶寬為210mhz，屬于窄帶端射天線。該單極子天線單元采用頂部切角圓盤(pán)的金屬加載，進(jìn)一步降低單元剖面高度，天線單元剖面高度約為0.085λ0(λ0為中心頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng))。為了消除頂部加載圓盤(pán)在主模輻射時(shí)聚集的電流，采用金屬柱短接切角金屬圓盤(pán)與有限大共地板。該天線單元采用底部饋電的饋電方式，預(yù)留有同軸接口，也可以由微帶印刷的方式加工饋電端。在緊湊平面陣列環(huán)境中，由于共地板面積有限，陣列邊緣單元會(huì)出現(xiàn)邊緣輻射效應(yīng)，對(duì)應(yīng)輻射特性和反射特性受到影響，有源單元輻射方向圖和駐波比將產(chǎn)生一定的惡化。對(duì)共地板進(jìn)行特殊鍍銅的處理，在一定厚度的介質(zhì)板頂部加載一層特殊形狀的鍍銅，利用頂部圓盤(pán)與鍍銅結(jié)構(gòu)的反射，改善有限大緊湊平面端射陣列的邊緣效應(yīng)。為了滿足低剖面、端射等輻射特性，請(qǐng)參考圖1，天線單元的基本結(jié)構(gòu)包括：輻射加載金屬切角圓盤(pán)(4)；輻射短路柱(5)；輻射單極子(6)；鍍銅結(jié)構(gòu)(7)；非規(guī)則介質(zhì)地板(8)；同軸饋電接口(9)。
3、為了改善該緊湊陣列的耦合效應(yīng)，設(shè)計(jì)特殊的寄生解耦結(jié)構(gòu)，加載在對(duì)應(yīng)輻射單極子單元對(duì)角線的交點(diǎn)。為了滿足低剖面特性，在寄生單極子頂部加載相似的金屬切角圓盤(pán)。為了消除相鄰單元原有耦合路徑，需要引入新的耦合路徑，因此寄生單極子頂部金屬圓盤(pán)采用不同的切角方式。為了消除頂部加載圓盤(pán)在輻射主模時(shí)聚集的電流，寄生單極子采用金屬柱短接切角金屬圓盤(pán)與有限大共地板。為了消除該緊湊陣列的耦合效應(yīng)，請(qǐng)參考圖3，寄生解耦的緊湊平面端射陣列的基本結(jié)構(gòu)包括：寄生加載金屬切角圓盤(pán)(1)；寄生短路柱(2)；寄生單極子(3)；輻射加載金屬切角圓盤(pán)(4)；輻射短路柱(5)；輻射單極子(6)；鍍銅結(jié)構(gòu)(7)；非規(guī)則介質(zhì)地板(8)；同軸饋電接口(9)。
4、本專利技術(shù)的創(chuàng)新的包括以下幾點(diǎn)：
5、(1)為了降低天線單元的剖面高度，采用頂部切角圓盤(pán)的金屬加載，同時(shí)為了消除頂部加載圓盤(pán)在主模輻射時(shí)聚集的電流，采用金屬柱短接切角圓盤(pán)與有限大共地板。
6、(2)對(duì)共地板進(jìn)行特殊鍍銅的處理，在一定厚度的介質(zhì)板頂部加載一層特殊形狀的鍍銅，利用頂部圓盤(pán)與鍍銅結(jié)構(gòu)的反射，改善有限大共地板產(chǎn)生的邊緣效應(yīng)。
7、(3)設(shè)計(jì)特殊的寄生解耦結(jié)構(gòu)，加載在對(duì)應(yīng)輻射單極子單元對(duì)角線的交點(diǎn)，從而改善該緊湊陣列的耦合效應(yīng)，提高陣列端射特性與輻射效率。
8、本專利技術(shù)的特點(diǎn)是利用頂部切角金屬圓盤(pán)與共地板特殊鍍銅的處理，降低天線單元的剖面高度，改善有限大地板帶來(lái)的邊緣效應(yīng)，并設(shè)計(jì)特殊的寄生解耦結(jié)構(gòu)，改善該緊湊陣列的耦合效應(yīng)，提高陣列端射特性與輻射效率。
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1.一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射陣列天線，其單元結(jié)構(gòu)包括：寄生加載金屬切角圓盤(pán)(1)；寄生短路柱(2)；寄生單極子(3)；輻射加載金屬切角圓盤(pán)(4)；輻射短路柱(5)；輻射單極子(6)；鍍銅結(jié)構(gòu)(7)；非規(guī)則介質(zhì)地板(8)；同軸饋電接口(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射陣列天線，其特征在于，為了減低天線單元的剖面高度，采用頂部切角的金屬圓盤(pán)加載，同時(shí)為了消除輻射單極子輻射主模工作狀態(tài)下頂部金屬加載的電流聚集，采用金屬短路柱短接的方式，將其傳導(dǎo)至共地板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射陣列天線，其特征在于，對(duì)共地板進(jìn)行特殊鍍銅的處理，在一定厚度的介質(zhì)板頂部加載一層特殊形狀的鍍銅，利用頂部圓盤(pán)與鍍銅結(jié)構(gòu)的反射，改善有限大緊湊平面端射陣列的邊緣效應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射陣列天線，其特征在于，設(shè)計(jì)特殊的寄生解耦結(jié)構(gòu)，加載在對(duì)應(yīng)輻射單極子單元對(duì)角線的交點(diǎn)，從而改善緊湊陣列的耦合效應(yīng)，提高陣列端射特性與輻射效率。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射陣列天線，其單元結(jié)構(gòu)包括：寄生加載金屬切角圓盤(pán)(1)；寄生短路柱(2)；寄生單極子(3)；輻射加載金屬切角圓盤(pán)(4)；輻射短路柱(5)；輻射單極子(6)；鍍銅結(jié)構(gòu)(7)；非規(guī)則介質(zhì)地板(8)；同軸饋電接口(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種寄生解耦的緊湊單極子平面端射陣列天線，其特征在于，為了減低天線單元的剖面高度，采用頂部切角的金屬圓盤(pán)加載，同時(shí)為了消除輻射單極子輻射主模工作狀態(tài)下頂部金屬加載的電流聚集，采用金屬短路柱短...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉顏回，劉巍，楊仕文，胡俊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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