天线系统、宽带微带天线和天线阵列技术方案

公开了一种天线系统、宽带贴片天线和天线阵列。该天线系统包括：天线阵列和波导喇叭阵列。其中，天线阵列包括：矩形的介质材料基板；多个辐射贴片，形成在所述介质材料基板的上表面上；多个耦合贴片，形成在所述介质材料基板的上表面上，从所述介质材料基板的一边延伸到距离相应辐射贴片预定距离的位置；金属支撑件，设置在所述介质材料基板的下表面，并且从所述介质材料基板的下表面边缘附近向下延伸接地，在所述介质材料基板下表面与地之间形成预定厚度的空气层。其中，波导喇叭阵列的各个矩形波导的尺寸与辐射贴片的尺寸相同并且各个矩形波导与相应的辐射贴片耦合。利用上述方案，能够在小尺寸的情况下提高宽带微带天线的方向性。

Antenna system, broadband microstrip antenna and antenna array

【技术实现步骤摘要】
天线系统、宽带微带天线和天线阵列本申请是于2013年8月15日提交的、申请号为“201310356878.4”、专利技术名称为“宽带微带天线和天线阵列”的申请的分案申请。
本申请涉及微带天线，具体涉及宽带天线

技术介绍
在毫米波全息成像技术中，为了得到被测目标三维图像，必须通过一定带宽的频率扫描来获取完整的数据信息。在扫描系统中，收发天线位于最前端，负责向被测物体发射信号并接收从被测物体反射回来的信号，对系统集成的收发天线有以下几点要求：(1)体积小，便与集成；(2)方向性强，主波束方向正对被测物体；(3)宽频带，满足系统对频率带宽的要求。在系统化集成中，对扫描收发天线有一系列的要求，从小型化、方向性、便于与系统整合等几点综合考虑，微带天线是一个非常好的选择。但普通的微带天线带宽普遍较窄，以电压驻波比＜2为标准计算，相对带宽一般＜10％。以频率中心为30GHz的天线为例，电压驻波比＜2的工作带宽为3GHz，这样的带宽远不能满足使用需求。通常，微带天线增加带宽的几种方式如下：(1)降低等效电路Q值：(2)增大介质厚度，降低介质介电常数εr，增大介质损耗角正切tgδ等，这种方法使天线的损耗较大；(3)附加寄生贴片，或采用电磁耦合等；(4)设计阻抗匹配网络，但匹配网络大大增加了天线尺寸；(5)利用阵列技术。通过上述不同的方式展宽频带一般都要以体积的增大或效率的下降，同时不同方式的展宽频带也使得天线的方向图发生相应的变化。毫米波宽带天线已有多年的发展历史，相应的技术都有较完备的发展。但针对本文提出的方向性这点要求，同时扩展频带并有较强的方向性的技术并不常见，一般的扩展频带的方法中，常采用介质板开槽或加入寄生贴片技术，这些技术只能解决天线的带宽要求，其方向性较低。
技术实现思路
考虑到现有技术中存在的问题，提出了一种尺寸小，并且方向性强的天线系统、宽带微带天线和天线阵列。在本专利技术的一个方面，提出了一种天线系统，包括：天线阵列和波导喇叭阵列。天线阵列包括：矩形的介质材料基板；多个辐射贴片，沿着所述介质材料基板的长度方向间隔地排列，并且形成在所述介质材料基板的上表面上；多个耦合贴片，与所述多个辐射贴片相应地设置，每个耦合贴片形成在所述介质材料基板的上表面上，从所述介质材料基板的一边延伸到距离相应辐射贴片预定距离的位置；金属支撑件，设置在所述介质材料基板的下表面，并且从所述介质材料基板的下表面的边缘附近向下延伸接地，在所述介质材料基板下表面和地之间形成预定厚度的空气层，其中所述空气层厚度为0.5mm-3.0mm。波导喇叭阵列包括矩形金属板，其中，沿着所述矩形金属板的长度方向在所述矩形金属板上加工出的截面为矩形的多个孔，每个孔下段形成矩形波导，每个孔的上段形成喇叭口；以及在所述矩形金属板的上表面上所述孔的两侧形成预定深度的沿着所述多个孔的排列方向延伸的沟槽。其中，所述波导喇叭阵列的各个矩形波导的尺寸与所述辐射贴片的尺寸相同并且各个矩形波导与相应的辐射贴片耦合。优选地，所述金属支撑件由铜形成。优选地，所述预定距离为0.4mm-0.5mm。优选地，所述耦合贴片的长度为1.5mm-2.5mm，宽度为0.5mm-1.2mm。优选地，辐射贴片的长度为4.0mm-5.0mm，宽度为2.0mm-3.0mm。优选地，所述宽带贴片天线工作在K-Ka波段。优选地，所述的宽带贴片天线还包括与所述耦合贴片连接的微带馈线。优选地，所述金属支撑件具体为铜板，设置在所述介质材料基板的两边。优选地，所述铜板的宽度为0.4mm-0.6mm。在本专利技术的一个方面，提出了一种宽带贴片天线，包括：矩形的介质材料基板，所述矩形的介质材料基板的长度为6.5mm-8.5mm，宽度为5mm-7mm；矩形的辐射贴片，形成在所述介质材料基板的上表面上，所述矩形的辐射贴片的长度为4mm-5mm，宽度为2mm-3mm；耦合贴片，形成在所述介质材料基板的上表面上，从所述介质材料基板的一边延伸到距离所述辐射贴片预定距离的位置；金属支撑件，设置在所述介质材料基板的下表面，并且从所述介质材料基板的下表面边缘附近向下延伸接地，在所述介质材料基板下表面与地之间形成预定厚度的空气层，其中所述空气层厚度为0.5mm-3.0mm，天线的VSWR小于2的阻抗带宽为10Ghz，中心带宽为28Ghz，相对带宽为35.7％。在本专利技术的另一方面，提出了一种天线阵列，包括：矩形的介质材料基板，所述矩形的介质材料基板的长度为6.5mm-8.5mm，宽度为5mm-7mm；多个矩形的辐射贴片，沿着所述介质材料基板的长度方向间隔地排列，并且形成在所述介质材料基板的上表面上，所述矩形的辐射贴片的长度为4mm-5mm，宽度为2mm-3mm；多个耦合贴片，与所述多个辐射贴片相应地设置，每个耦合贴片形成在所述介质材料基板的上表面上，从所述介质材料基板的一边延伸到距离相应辐射贴片预定距离的位置；金属支撑件，设置在所述介质材料基板的下表面，并且从所述介质材料基板的下表面的边缘附近向下延伸接地，在所述介质材料基板下表面和地之间形成预定厚度的空气层，其中所述空气层厚度为0.5mm-3.0mm。利用上述方案，能够在小尺寸的情况下提高宽带微带天线的方向性。附图说明下面的附图表明了本专利技术的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本专利技术的一些实施例，其中：图1示出了根据本申请一个实施例的微带天线的俯视图；图2示出了根据本申请一个实施例的微带天线的右视图；图3示出了根据本申请一个实施例的微带天线的正视图；图4示出了根据本申请一个实施例的微带天线的底视图；图5示出了根据本申请一个实施例的微带天线的沿着图1所示方向的截面图；图6示出了根据本申请实施例的微带天线的驻波比示意图；图7示出了根据本申请实施例的微带天线在28GHz时的方向图，红色与蓝色分别为Phi＝0°与Phi＝90°；图8示出了根据本申请另一实施例的天线阵列的示意图；图9示出了根据本申请另一实施例的波导喇叭阵列的俯视图；图10示出了如图9所示的波导喇叭阵列的截面图；图11示出了收发天线的驻波比的示意图；图12示出了天线阵列的方向图；图13示出了未增加喇叭口阵列时天线阵列的隔离度；图14示出了增加了喇叭口阵列时天线阵列的隔离度。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。为了获得宽频带、方向性强且尺寸小的天线，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线系统，包括：天线阵列，包括：矩形的介质材料基板，多个辐射贴片，沿着所述介质材料基板的长度方向间隔地排列，并且形成在所述介质材料基板的上表面上；多个耦合贴片，与所述多个辐射贴片相应地设置，每个耦合贴片形成在所述介质材料基板的上表面上，从所述介质材料基板的一边延伸到距离相应辐射贴片预定距离的位置；金属支撑件，设置在所述介质材料基板的下表面，并且从所述介质材料基板的下表面的边缘附近向下延伸接地，在所述介质材料基板下表面和地之间形成预定厚度的空气层，其中所述空气层厚度为0.5mm‑3.0mm；波导喇叭阵列，包括矩形金属板，其中，沿着所述矩形金属板的长度方向在所述矩形金属板上加工出的截面为矩形的多个孔，每个孔下段形成矩形波导，每个孔的上段形成喇叭口；以及在所述矩形金属板的上表面上所述孔的两侧形成预定深度的沿着所述多个孔的排列方向延伸的沟槽；其中，所述波导喇叭阵列的各个矩形波导的尺寸与所述辐射贴片的尺寸相同并且各个矩形波导与相应的辐射贴片耦合。

【技术特征摘要】
1.一种天线系统，包括：天线阵列，包括：矩形的介质材料基板，多个辐射贴片，沿着所述介质材料基板的长度方向间隔地排列，并且形成在所述介质材料基板的上表面上；多个耦合贴片，与所述多个辐射贴片相应地设置，每个耦合贴片形成在所述介质材料基板的上表面上，从所述介质材料基板的一边延伸到距离相应辐射贴片预定距离的位置；金属支撑件，设置在所述介质材料基板的下表面，并且从所述介质材料基板的下表面的边缘附近向下延伸接地，在所述介质材料基板下表面和地之间形成预定厚度的空气层，其中所述空气层厚度为0.5mm-3.0mm；波导喇叭阵列，包括矩形金属板，其中，沿着所述矩形金属板的长度方向在所述矩形金属板上加工出的截面为矩形的多个孔，每个孔下段形成矩形波导，每个孔的上段形成喇叭口；以及在所述矩形金属板的上表面上所述孔的两侧形成预定深度的沿着所述多个孔的排列方向延伸的沟槽；其中，所述波导喇叭阵列的各个矩形波导的尺寸与所述辐射贴片的尺寸相同并且各个矩形波导与相应的辐射贴片耦合。2.如权利要求1所述的天线系统，其中所述金属支撑件由铜形成。3.如权利要求1所述的天线系统，其中所述预定距离为0.4mm-0.5mm。4.如权利要求1所述的天线系统，其中所述耦合贴片的长度为1.5mm-2.5mm，宽度为0.5mm-1.2mm。5.如权利要求1所述的天线系统，其中辐射贴片的长度为4.0mm-5.0mm，宽度为2.0mm-3.0mm。6.如权利要求1所述的天线系统，其中所述宽带贴片天线工作在K-Ka波段。7.如权利要求1所述的天线系统，还包括与所述耦合贴片连接的微带馈线。8.如权利要求1所述的天线系统，其中所述金属支撑件具体为铜板，设置在所述介质材料基板的两边。9.如权利要求8所述的天线系统，其中所述铜板的宽度为0.4mm-0.6mm。10.一种宽带贴片天线，包括：矩形的介质材料基板，所述矩形的介质材料基板的长度为6.5mm-8.5mm，宽度为5mm-7mm，矩形的辐射贴片，形成在所述介质材料基板的上表面上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵自然，陈志强，李元景，吴万龙，刘以农，杨洁青，刘文国，桑斌，郑磊，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11