与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列制造技术

本发明专利技术涉及一种与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，包括依次相连的四单元微带天线阵列、微带一分四功分器和微带滤波器。本发明专利技术的四单元微带天线阵列，将微带天线单元组成四单元微带天线阵列来提高增益，通过微带一分四功分器来给四单元微带天线阵列进行馈电，并采用同轴线馈电的方法，既降低了损耗、增大了微带天线单元间的隔离度，又增大了四单元微带天线阵列的带宽，在微带一分四功分器的输入端连接一个微带滤波器，使得天线阵列能够稳定地工作在2.4‑2.5GHz的频段，有着较强的实用性。

Four-element microstrip antenna array integrated with filters and power dividers

The invention relates to a four-element microstrip antenna array integrated with a filter and a power divider, including a sequentially connected four-element microstrip antenna array, a microstrip one-quarter power divider and a microstrip filter. The four-element microstrip antenna array of the present invention is composed of four-element microstrip antenna arrays to improve the gain. The four-element microstrip antenna array is fed by a microstrip one-four power divider. The coaxial feeding method reduces the loss, enhances the isolation between the elements of the microstrip antenna, and enlarges the bandwidth of the four-element microstrip antenna array. A microstrip filter is connected to the input end of the microstrip quadruplex power divider, which enables the antenna array to work steadily in the frequency band of 2.4 2.5 GHz and has strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列
本专利技术涉及天线阵列设计技术，尤其涉及一种与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列。
技术介绍
自上世纪70年代以来，微带天线技术取得了较大的发展。微带天线，也叫做微带贴片天线，凭借其体积小、重量轻、性能多样化、低成本适合大规模生产等优点，已经得到了广泛的研究和应用。但是，在实际使用的过程中，微带天线同样存在着损耗较大、效率较低、单个天线功率容量较小、相对带宽较窄等缺陷，而且，介质基板的相对介电常数和厚度对天线的辐射效率及增益等影响非常大。2.4-2.5GHz的频段是在我们生活中应用十分广泛的一个频段，我们周围的蓝牙、无线网络都处于这个频段，在这个频段内，尤其是在无线电通信方面，微带天线能够具有更广泛的实用性和应用前景。
技术实现思路
针对上述存在的不足，本专利技术提供一种与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，其增益高、损耗小、且能够提高天线间的隔离度、增大天线的带宽、具有更广泛实用性。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术采用如下技术方案：一种与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，包括依次相连的四单元微带天线阵列、微带一分四功分器和微带滤波器，所述微带一分四功分器的输入端口连接所述微带滤波器的输出端口，所述微带一分四功分器的输出端口给所述的四单元微带天线阵列进行馈电，所采用的馈电方法为同轴线馈电，所述微带一分四功分器的输入端口和四个输出端口、所述微带滤波器的输入端口和输出端口、所述的同轴线均具有相同的特性阻抗，所述四单元微带天线阵列的工作频段为2.4-2.5GHZ。上述技术方案中，优选地，所述的四单元微带天线阵列包括微带天线介质基板以及位于所述微带天线介质基板上的四个微带天线单元，所述的微带天线介质基板选用厚度为3mm的FR-4基板，所述的四个微带天线单元在所述的微带天线介质基板上采用4×1的排列方式，各个所述微带天线单元均包括呈矩形的金属贴片，相邻两个金属贴片的中心间距相同，各个所述的金属贴片上均设置有一个馈电点，所述的馈电点在宽度方向位于金属贴片的中心、在长度方向与金属贴片的中心的距离为L1，所述微带天线介质基板在各个所述金属贴片的馈电点处开设有第一孔洞。上述技术方案中，进一步优选地，所述微带一分四功分器的介质基板选用厚度为1mm的FR-4基板，所述微带一分四功分器的介质基板的背面设置有功分器接地面，所述的微带一分四功分器由三个一分二威尔金森功分器组合而成，所述微带一分四功分器的输入端口和四个输出端口的特性阻抗均为50欧姆、四分之一波长匹配阻抗为70.7欧姆、隔离电阻R的阻值为100欧姆，相邻两个输出端口的中心间距与相邻两个金属贴片的中心间距相同，所述微带一分四功分器的介质基板在所述微带一分四功分器的各输出端口处开设有与所述第一孔洞大小相同的第二孔洞。上述技术方案中，更进一步优选地，所述微带滤波器的介质基板选用厚度为1mm的FR-4基板，所述微带滤波器的介质基板的背面设置有滤波器接地面，所述微带滤波器的输入端口和输出端口的特性阻抗均为50欧姆，所述微带滤波器的中心频率为2.45GHZ。上述技术方案中，再进一步优选地，所述同轴线的特性阻抗为50欧姆，所述同轴线的直径与所述第一孔洞的直径之比为1:2.3。上述技术方案中，优选地，其特征在于，所述的微带滤波器选用平行耦合带通滤波器。上述技术方案中，优选地，其特征在于，所述同轴线馈电的方法如下：将四根所述同轴线的一端分别从所述微带天线介质基板的背面穿过相对应的第一孔洞且与相对应的金属贴片上的馈电点相连接，另一端从所述微带一分四功分器的介质基板背面穿过相对应的第二孔洞且与所述微带一分四功分器四个输出端口处的微带线相连接，再在所述的微带天线介质基板与所述微带一分四功分器的介质基板之间设置3mm厚的空气层，完成同轴线馈电。本专利技术与现有技术相比获得如下有益效果：四单元微带天线阵列的设计提高了微带天线的增益；通过微带一分四功分器来给天线阵列进行馈电，并采用同轴线馈电的方法，既降低了损耗、增大了天线单元间的隔离度，又增大了天线阵列的带宽；加入的微带滤波器能使天线阵列稳定地工作在2.4-2.5GHz的频段，提高了天线阵列的实用性。附图说明图1为四单元微带天线阵列的模型示意图；图2为微带一分四功分器的模型示意图；图3为平行耦合带通滤波器的模型示意图；图4为同轴线馈电方法的剖面结构示意图；图5为四单元微带天线阵列、微带一分四功分器以及平行耦合带通滤波器三个模型连接后的整体模型的正反面示意图；图6为四单元微带天线阵列回波损耗曲线仿真结果图；图7为各微带天线单元间的隔离度仿真结果图；图8为四单元微带天线阵列E面和H面的方向图。其中：1、金属贴片；2、微带天线介质基板；3、同轴线；4、功分器接地面；5、微带一分四功分器的介质基板；6、微带一分四功分器输出端的微带馈线；10、四单元微带天线阵列；11、馈电点；20、微带一分四功分器；30、微带滤波器。具体实施方式为详细说明专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。实施例：本专利技术公开了一种与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，参见图5，包括依次相连的四单元微带天线阵列10、微带一分四功分器20和微带滤波器30，微带滤波器30选用平行耦合带通滤波器，微带一分四功分器20的输入端口连接微带滤波器30的输出端口，微带一分四功分器20的四个输出端口给四单元微带天线阵列10进行馈电。本方案中主要运用的软件为HFSS，其全称为HighFrequencyStructureSimulator，可以通过这款软件来创建本专利技术涉及的器件模型，并设置激励进行仿真调试，从而得出优化后的最佳参数。参见图1，四单元微带天线阵列10包括微带天线介质基板2以及位于微带天线介质基板2上的四个微带天线单元，微带天线介质基板2选用厚度为3mm的FR-4基板，四个微带天线单元在微带天线介质基板2上采用4×1的排列方式，各个微带天线单元均包括呈矩形的长为L宽为W的金属贴片1，相邻两个金属贴片1的中心间距相同记为d，各个金属贴片1上均设置有一个馈电点11，馈电点11在宽度方向位于金属贴片1的中心、在长度方向与金属贴片1的中心的距离为，微带天线介质基板2在各个金属贴片1的馈电点11处开设有第一孔洞。微带天线介质基板2的相对介电常数=4.4，以2.45GHz为中心频率，根据宽度计算公式：W=（1）式（1）中c为光在真空中的传播速度，计算式（1）得到金属贴片1的宽度W为37.26mm。再根据天线长度的计算公式：（2）式（2）中为等效介电常数，其计算公式为：（3）式（2）中ΔL为边缘效应引入的线伸长，其计算公式为：（4）将式（3）和式（4）代入式（2）中计算得到金属贴片1的长度L为28.22mm。关于每片金属贴片1上馈电点11的设置位置，当天线的输入阻抗为50欧姆时，馈电点11在宽度方向位于金属贴片1的中心，再根据公式：（5）可计算出馈电点11在长度方向与金属贴片1的中心距离为7mm。将所得的四个相同的矩形金属贴片1按4×1的排列方式组成微带天线阵列，根据线阵辐射原理，为了避免强耦合、考虑增益，阵元间距d（即相邻两个金属贴片1的中心间距）要大于半波长λ/2；为了压低副瓣，相邻两个金属贴片1的中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，包括依次相连的四单元微带天线阵列、微带一分四功分器和微带滤波器，其特征在于，所述微带一分四功分器的输入端口连接所述微带滤波器的输出端口，所述微带一分四功分器的四个输出端口给所述的四单元微带天线阵列进行馈电，所采用的馈电方法为同轴线馈电，所述微带一分四功分器的输入端口和四个输出端口、所述微带滤波器的输入端口和输出端口、所述的同轴线均具有相同的特性阻抗，所述四单元微带天线阵列的工作频段为2.4‑2.5GHZ。

【技术特征摘要】
1.一种与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，包括依次相连的四单元微带天线阵列、微带一分四功分器和微带滤波器，其特征在于，所述微带一分四功分器的输入端口连接所述微带滤波器的输出端口，所述微带一分四功分器的四个输出端口给所述的四单元微带天线阵列进行馈电，所采用的馈电方法为同轴线馈电，所述微带一分四功分器的输入端口和四个输出端口、所述微带滤波器的输入端口和输出端口、所述的同轴线均具有相同的特性阻抗，所述四单元微带天线阵列的工作频段为2.4-2.5GHZ。2.根据权利要求1所述的与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，其特征在于，所述的四单元微带天线阵列包括微带天线介质基板以及位于所述微带天线介质基板上的四个微带天线单元，所述的微带天线介质基板选用厚度为3mm的FR-4基板，所述的四个微带天线单元在所述的微带天线介质基板上采用4×1的排列方式，各个所述微带天线单元均包括呈矩形的金属贴片，相邻两个金属贴片的中心间距相同，各个所述的金属贴片上均设置有一个馈电点，所述的馈电点在宽度方向位于金属贴片的中心、在长度方向与金属贴片的中心的距离为L1，所述微带天线介质基板在各个所述金属贴片的馈电点处开设有第一孔洞。3.根据权利要求2所述的与滤波器和功分器集成的四单元微带天线阵列，其特征在于，所述微带一分四功分器的介质基板选用厚度为1mm的FR-4基板，所述微带一分四功分器的介质基板的背面设置有功分器接地面，所述的微带一分四功分器由三个一分二威尔金森功分器组合而成，所述微带一分四...

【专利技术属性】
技术研发人员：周先春，王凌志，张敏，田运，尤俊，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32