超宽带全向微带天线阵列制造技术

本发明专利技术属于通信技术领域，具体为一种超宽带全向微带天线阵列。该天线阵列包含：介质基板、四对偶极子天线、四对引向器、一分四功分器和宽带巴伦结构；所述的四对偶极子按2x2结构的排布，通过一分四功分器与宽带巴伦的一端连接，宽带巴伦另一端连接到SMA接头，四对引向器分别位于对应的四对偶极子的前方；所述每一对偶极子均包含两个偶极子臂，这两个偶极子臂分别刻蚀在介质基板的上表面和下表面；两个偶极子臂结构相同，并为中心对称。本发明专利技术天线阵列可改善天线全向辐射特性，具有超宽带、高全向性特性，同时结构简单、低成本、易于加工。

【技术实现步骤摘要】
超宽带全向微带天线阵列
本专利技术属于天线
，具体地涉及一种超宽带全向微带天线阵列。
技术介绍
现代无线通信系统的发展与天线技术的进步密不可分，而全向天线可以在水平面内360º均匀辐射电磁波（即增益不圆度不超过3dB），因此多应用于大范围覆盖，单点对多点通信系统中，如日常生活的广播电视、移动通信射频识别等场合；军事上全向天线应用于卫星通信，雷达传感器网络等领域。Ku波段主要应用于卫星通讯以及航空领域（如机场地面交通定位、机载wi-Fi）等。近几十年来研究者们设计了各种类型的全向天线，主要分为单极子天线及变形；偶极子天线及变形；共轴天线等。但受制于Ku波段频率较高，电尺寸小，所设计的全向天线大多工作在较低频段（如L波段、X波段等），仅有的工作在Ku波段的全向天线又无法同时满足高增益、超宽带、轻质、易组阵等特性。通过对现有技术文献的检索发现中国专利“一种Ku波段全向天线”（申请号201210288659.2），涉及一种工作在Ku波段的全向天线，该天线利用N（N取值5-12）个喇叭天线排列成圆周阵和一个一分N路的功率分配器组成天线整体，每个喇叭天线辐射一定的角度范围，N个喇叭实现360º均匀辐射，然而该天线仅工作在15-17GHz(VSWR<1.5),并未完全覆盖Ku波段(12-18GHz),此外相对于微带天线，喇叭天线质量较重，N个喇叭天线组成的天线整体尺寸偏大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种新型超宽带全向微带天线阵列，天线在整个Ku波段实现360º均匀辐射的同时，整体结构简单、轻质、易加工。本专利技术提供的新型超宽带全向微带天线阵列，其结构如图1、图2、图3所示，包括介质基板1、四对偶极子2、四对引向器3、一对一分四功分器4和宽带巴伦5。其中，所述的四对偶极子2按2x2（即2行2列）结构的排布，通过一分四功分器4和宽带巴伦5的一端连接，宽带巴伦5另一端连接到SMA接头，四对引向器3分别位于对应的四对偶极子2的前方；其中：所述每一对偶极子2均包含两个偶极子臂，这两个偶极子臂分别刻蚀在介质基板1上表面和下表面；两个偶极子臂结构相同，并为中心对称。这里介质基板可采用罗杰斯5880（下同）。本专利技术中，所述的四对偶极子共八个偶极子臂，每个偶极子臂均由两个扇形金属贴片组成，两个扇形贴片宽度相同，长度不同。本专利技术中，所述的偶极子臂的两个扇形贴片呈上下分布，从而构成蝴蝶结结构，且长度较长的扇形贴片(为偶极子输入端)与功分器4连接。本专利技术中，所述的一对（即两个）一分四功分器4结构相同（例如均为T型结构，先一分二，再二分四），两个一分四功分器4分别刻蚀在介质基板1上、下表面的相同位置。本专利技术中，所述的宽带巴伦5包括线性渐变馈线和类半圆形地板，其中线性渐变馈线刻蚀在介质基板1的上表面，类半圆形地板刻蚀在介质基板1的下表面。本专利技术中，所述的宽带巴伦的线性渐变馈线长度为波长的三分之一到五分之三，类半圆形地板半径为波长的五分之一到三分之一。本专利技术中，所述的宽带巴伦5一端阻抗为90欧姆，连接到一分四功分器4的输入端，宽带巴伦5的另一端阻抗为50欧姆，连接到SMA接头。本专利技术中，所述的引向器3为矩形金属贴片结构，置于每对偶极子的前方，距离偶极子为波长的六分之一到四分之一，引向器长度为波长的五分之一到三分之一；两个矩形贴片构成一对引向器，这两个矩形贴片分别刻蚀在介质基板1上、下表面相同位置。本专利技术中，所述的所用金属贴片均可采用铜箔，厚度宜为0.02—0.05mm，实施例中，厚度为0.035mm。文献检索的结果表明，尚未有微带天线阵列实现覆盖整个Ku频段的全向辐射特性。本专利技术合理的设计了宽带巴伦结构，发挥了蝴蝶结形偶极子本身具有的宽带特性，同时增加的引向器结构极大的改善了天线阵列的全向辐射特性。仿真结果表明：天线阵列再11.8–18GH频率范围内|S11|<-10dB，相对阻抗带宽超过40%，天线阵列水平面平均增益（即水平面各个角度增益求和取均值）在1.7dBi到4.1dBi，整个Ku波段内，不圆度不超过2.5dB。天线阵列整体尺寸为30×20×0.508mm3(长×宽×高)，并且具有结构简单、轻质、易加工等优点。附图说明图1为本专利技术新型超宽带全向微带天线阵列整体结构示意图。图2为本专利技术新型超宽带全向微带天线阵列正面结构示意图。图3为本专利技术新型超宽带全向微带天线阵列反面结构示意图。图4为本专利技术新型超宽带全向微带天线阵列S参数仿真结果。图5为本专利技术新型超宽带全向微带天线阵列平均增益、不圆度仿真结果。图6为本专利技术新型超宽带全向微带天线阵列辐射方向图仿真结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1-3所示，本专利技术提供了一种新型超宽带全向微带天线阵列，中心频率15GHz，整体尺寸30×20×0.508mm3（长×宽×高），本实施例包括：包括介质基板1、四对偶极子2、四对引向器3、一对一分四功分器4、宽带巴伦5。如图2、3所示，本实施例所述的四对偶极子2按2x2结构的排布，通过一分四功分器4和宽带巴伦5的一端连接，宽带巴伦5另一端连接到SMA接头，每对偶极子的前方均刻蚀了一对引向器；所述每一对偶极子均包含两个偶极子臂，分别刻蚀在罗杰斯5880介质1的上表面和下表面；所述的两个偶极子臂结构相同，并为中心对称；罗杰斯介质尺寸20×30mm2，介电常数2.2，损耗正切角0.0009。如图2、3所示，所述的四对共八个偶极子臂，每个偶极子臂均由两个扇形贴片组成，两个扇形贴片宽度相同，长度不同；所述的两个扇形贴片呈上下分布，从而构成蝴蝶结结构；偶极子臂的长度决定天线的谐振频率，宽度决定阻抗匹配的好坏，偶极子臂的间距影响天线增益，初始尺寸根据经验公式得到，再经过全波仿真软件HFSSv15优化，最终得到偶极子臂的长度7.2mm，x方向间距7mm，z方向间距8mm。如图2、3所示，所述的一对一分四功分器4结构相同（均为T型结构，先一分二，再二分四），分别刻蚀在罗杰斯5880介质1上、下表面的相同位置，功分器4的输出端连接到偶极子臂的输入端（即长扇形贴片），功分器4的输入端连接到宽带巴伦5。如图2、3所示，所述的宽带巴伦5包含线性渐变馈线和类半圆形地板，其中线性渐变馈线刻蚀在罗杰斯5880介质1的上表面，类半圆形地板刻蚀在介质的下表面；所述的宽带巴伦的线性渐变馈线长度为10mm，类半圆形地板半径约为6mm；所述的宽带巴伦5一端阻抗约为90欧姆，连接到一分四功分器4的输入端，宽带巴伦5的另一端阻抗为50欧姆，连接到SMA接头。如图2、3所示，所述的引向器3为矩形贴片结构，长度为4.6mm，宽度0.5mm，置于每对偶极子2的前方，距离为3.9mm；刻蚀在罗杰斯介质1上、下表面相同位置的两个矩形贴片构成一对引向器。如图4所示，本实施例所述的频率特性包括回波损耗参数。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz，纵坐标代表回波损耗变量。仿真结果表明本专利技术的超宽带全向微带天线阵列在11.8–18GHz频率范围内，|S11|<-10dB，相对阻抗带宽超过40%，覆盖整个Ku波段。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超宽带全向微带天线阵列，其特征在于，包括：介质基板、四对偶极子、四对引向器、一对一分四功分器和宽带巴伦；其中，所述的四对偶极子按2x2结构的排布，通过一分四功分器与宽带巴伦的一端连接，宽带巴伦另一端连接到SMA接头，四对引向器3分别位于对应的四对偶极子的前方；所述每一对偶极子均包含两个偶极子臂，这两个偶极子臂分别刻蚀在介质基板的上表面和下表面；两个偶极子臂结构相同，并为中心对称；所述的四对偶极子共八个偶极子臂，每个偶极子臂均由两个扇形金属贴片组成，两个扇形贴片宽度相同，长度不同。

【技术特征摘要】
1.一种超宽带全向微带天线阵列，其特征在于，包括：介质基板、四对偶极子、四对引向器、一对一分四功分器和宽带巴伦；其中，所述的四对偶极子按2x2结构的排布，通过一分四功分器与宽带巴伦的一端连接，宽带巴伦另一端连接到SMA接头，四对引向器3分别位于对应的四对偶极子的前方；所述每一对偶极子均包含两个偶极子臂，这两个偶极子臂分别刻蚀在介质基板的上表面和下表面；两个偶极子臂结构相同，并为中心对称；所述的四对偶极子共八个偶极子臂，每个偶极子臂均由两个扇形金属贴片组成，两个扇形贴片宽度相同，长度不同。2.根据权利要求1所述的超宽带全向微带天线阵列，其特征在于，所述的、偶极子臂的两个扇形贴片呈上下分布，构成蝴蝶结结构，且长度较长的扇形贴片为偶极子输入端，与功分器连接。3.根据权利要求1或2所述的超宽带全向微带天线阵列，其特征在于，所述的一对一分四功分器4结构相同，两个一分四功分器分别刻蚀在介质基板的上、下表面的相同位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福恒，杨国敏，金亚秋，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31