一种小型天线用低剖面反射口径结构印刷天线制造技术

本发明专利技术设计了一种小型天线用低剖面的反射口径面结构印刷天线，具有宽波束、宽频带、高前后比、低剖面小型化的天线特点，涉及天线技术领域。为解决现有微带天线无法同时兼顾宽带化、宽波束、高前后比、小型低剖面化而发明专利技术的一种印刷天线。本发明专利技术印刷天线采用多层结构，顶层采用印刷电路板结构，上下两层采用耦合的微带线结构；中间层为绝缘泡沫填充的封闭金属空腔，其中包含一根用来馈电的同轴线；底部采用微带结构进行微带到同轴线的馈电转换，形成低剖面的大高差平行馈电方式。本发明专利技术可用于近场手持式雷达探测设备以及小型的移动基站。

A Printed Antenna with Low Profile Reflective Aperture for Small Antenna

The invention designs a printed antenna with a low profile reflective aperture surface structure for a small antenna, which has the characteristics of wide beam, wide band, high front-to-rear ratio and low profile miniaturization, and relates to the technical field of antenna. A printed antenna was invented to solve the problem that the existing microstrip antenna can not take into account the broadband, wide beam, high front-to-back ratio and small low profile at the same time. The printed antenna adopts multi-layer structure, the top layer adopts a printed circuit board structure, and the upper and lower two layers adopt a coupled microstrip line structure; the middle layer is a closed metal cavity filled with insulating foam, which contains a coaxial line for feeding; the bottom adopts a microstrip structure to feed the microstrip to the coaxial line to form a parallel feeding mode with low section height and high difference. The invention can be used for hand-held near-field radar detection equipment and small mobile base station.

【技术实现步骤摘要】
一种小型天线用低剖面反射口径结构印刷天线
本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种小型天线用低剖面反射口径结构印刷天线。
技术介绍
印刷天线具有厚度小、介电常数可控、结构形式相对简单、加工性能好等优势，因此获得了广泛应用。印刷天线包含很多种结构形式，从构成看，传统印刷天线主要包含两个基本组成部分，分别是辐射单元，馈电结构。本专利技术方案针对的应用场景是近场便携式探测雷达用宽频段、低剖面印刷电路板天线，工作中心频率在3.3GHz附近，天线厚度从顶层到底层距离不大于16mm。现有大规模采用的微带天线多采用传统的三层结构形式，辐射单元一般在顶层、参考地在底层，馈电常采用底馈或者侧馈的方式，但是由于微带天线参考地尺寸限制，经常会产生较大的后瓣效应，对于手持式雷达探测设备，往往会产生较大的后向回波，在检测过程中出虚假目标，不利于近场目标的探测，因此传统的低剖面微带天线难以满足实际使用需求。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种印刷天线用口径加载反射结构，能够在保持低剖面的结构约束前提下，实现宽带化的波束，从而起到降低后向目标散射对手持式探测设备影响。为达到上述目的，第一方面，本专利技术的实施例提供了一种半封闭的口径加载反射结构，所述口径加载反射结构为一矩形金属腔体结构，腔体四周封闭，顶部开放，与辐射单元相连接，底部中部开一个圆孔，方便同轴馈线穿过。在第一种可能实现的方式中，结合第一方面，所述腔体内部为空气。在第二种可能实现的方式中，结合第一方面，所述腔体内部填充有相对介电常数近似为1.0的聚氨酯泡沫材料。在第三种可能实现的方式中，结合第一方面和第一种可能实现的方式，底部开孔形状为圆形。在第四种可能实现的方式中，结合第一方面和第一种可能实现的方式，底部开孔为十字形型槽，十字型槽中心与顶部馈电结构相对应。在第五种可能实现的方式中，结合第一方面和第二种可能实现的方式，底部开孔为矩形。在第六种可能实现的方式中，结合第一方面和第二种可能实现的方式，底部开孔为十字形型槽，十字型槽中心与顶部馈电结构相对应。第二方面，本专利技术实施例提供了一种多层的口径加载低剖面宽带印刷天线形式，其中反射口径结构形式采用上述技术方案中的任意所述的口径结构形式构成。第一种可能的实现方式中，结合第二方面，辐射微带线单元在第一层，偶极子馈电单元在第二层，而口径加载反射结构处在第三层，第一层和第二层之间用绝缘PCB基板相隔，第二层与第三层通过回流焊焊接固连。第二种可能的实现方式中，结合第二方面，偶极子馈电单元在第一层，辐射单元在第二层，而口径加载反射结构处在第三层，第一层和第二层之间用绝缘PCB基板相隔，第二层与第三层用粘接形式进行固连接。第三方面，本专利技术实施例提供了一种针对第二方面和第三方面所述印刷天线的低剖面高差平行馈电方案，采用同轴底和微带侧馈的组合方式实现异面平行馈电，从而降低了整体天线与馈电结构的整体高度，有利于整体集成化。附图说明为了更清晰的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对一实施例以及现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，所需要强调的是，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例印刷天线用口径加载反射结构示意图；图2为本专利技术实施例印刷天线多层结构爆炸图；图3为本专利技术实施例印刷天线的截面结构示意图；图4为本专利技术实施例印刷天线的另一种截面结构示意图；图5为本专利技术实施例印刷天线回波损耗测试结果示意图；图6为本专利技术实施例印刷天线方向图从2.9GHz～3.8GHz下的仿真与测试结果对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要强调的是，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的范围、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。参照图1，图1为本专利技术实施例印刷天线用的口径加载反射结构101，其为一个四周封闭的金属腔体，顶部敞开、底部带有圆形口径凹槽102的结构，103为微带转同轴结构接口，104为微带转同轴馈电口，105为电连接器安装限位槽。本专利技术实施例中的口径加载反射结构采用防锈铝合金整体机械加工而成，整体尺寸为56mm×56mm×13mm，为了减轻重量，四周壁厚为1mm，底部厚度1.5mm(局部加高1.5mm用来形成103)，底部口径102尺寸为φ8mm，深度为2mm，根据不同的工作频段和天线前后比要求可以对口径尺寸参数进行仿真选取。本实施例中，同轴馈电口尺寸为φ2.3mm，与馈电端口同轴外尺寸相匹配。参照图1，101设计为矩形腔体结构的主要基于两个考虑，其一，为了能够尽可能抑制后向辐射电场，需要设计合理的边界条件，腔体的水平底面使得电场横向分量为零，四周的金属壁使得电场垂向分量为零，因此相比使用单一的水平反射板，这种方式能够产生更好的后向抑制能力。参照图1，103的形状可以设计为圆形、矩形或十字交叉形，其本质在制作出非连续性的金属槽，从而在结构不连续处形成辐射电流，这部分电流可以更进一步降低消天线辐射单元的后向辐射波，从而提高天线辐射方向图的前后比。参照图2，图2为本专利技术实施例印刷天线多层结构爆炸图，201为底部馈电电路，采用刻蚀工艺在PCB上形成一个微带电路，主要用于实现微带转同轴馈电；参照图2，202为图1所示的口径加载反射结构，采用整体机械加工制造，为了能够焊接操作，在202进行了镀银表面处理；参照图2，201与202之间用4个M2的螺丝进行螺接；参照图2，203为一个段同轴线，外部采用屏蔽网进行屏蔽，以尽量减少能量泄露；203底部通过202上的通孔与201上的微带线进行点焊连接；参照图2，204为一印刷电路板，顶面有通过刻蚀工艺生成的顶部馈电单元，底面有通过刻蚀构成的对称偶极子辐射单元；参照图2，203同轴顶部外铜皮与204底部辐射单元进行点焊连接，203顶部内导体与204顶面馈电单元进行点焊连接；参照图2，204底面边缘上的覆铜与经过表面镀银处理的202顶面通过回流焊进行连接固定；参照图2，205为横插电连接器，通过202上的限位槽进行结构限位，并通过点焊与202底部点焊连接固定。参照图2，本实施例在具体实施的过程中应按照下面顺序进行制作连接，第一步，将203顶端内导体与204顶面点焊固定；第二步，将203顶部外导体与204辐射单元用焊锡进行全焊，从而保证203与204焊接面积足够大，整体受力均匀可靠，能承受一定的外力拉拽；第三步，将203与204作为一个整体与202进行回流焊固定，在回流焊之前保证203通过过孔从202底面伸出；第四步，将201与202、203以及204形成的整体用沉头螺丝进行螺接固定；第五步，将205推入202上的限位槽中，并将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型天线用低剖面反射口径结构印刷天线采用多层结构设计，多层结构设计包括辐射单元、加载反射口径结构、馈电电路结构。所述的加载反射口径结构为一底部开孔径的矩形腔体结构。所述多层结构，顶层为一印刷电路板，其顶面为一微带馈电单元，底面为一对称印刷偶极子辐射单元；中间层为加载反射口径结构，构成参考地与加载反射层；底层为大高差平行馈电电路部分。所述顶层顶面微带结构通过同轴顶部内导体进行馈电，顶层底面上刻蚀的偶极子辐射单元与同轴顶部外导体进行连接。所述馈电结构采用低剖面的水平微带转垂直同轴再转微带的二级转换馈电方式实现了大高差平行馈电需求，这一设计同时兼顾了手持式设备的结构约束和天线馈电的基本要求。

【技术特征摘要】
1.一种小型天线用低剖面反射口径结构印刷天线采用多层结构设计，多层结构设计包括辐射单元、加载反射口径结构、馈电电路结构。所述的加载反射口径结构为一底部开孔径的矩形腔体结构。所述多层结构，顶层为一印刷电路板，其顶面为一微带馈电单元，底面为一对称印刷偶极子辐射单元；中间层为加载反射口径结构，构成参考地与加载反射层；底层为大高差平行馈电电路部分。所述顶层顶面微带结构通过同轴顶部内导体进行馈电，顶层底面上刻蚀的偶极子辐射单元与同轴顶部外导体进行连接。所述馈电结构采用低剖面的水平微带转垂直同轴再转微带的二级转换馈电方式实现了大高差平行馈电需求，这一设计同时兼顾了手持式设备的结构约束和天线馈电的基本要求。2.根据权利1要求所述的印刷天线，其特征在于，加载反射口径结构为四周封闭的一矩形腔体，其顶面敞开，底面留有同轴馈电圆孔和加载反射口径。3.根据权利2要求所述的印刷天线，其特征在于加载反射口径底面上部有圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建明，皮维超，张磊，董涛，李兴旺，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11