一种多频宽带天线阵列、馈电装置和天线装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及天线技术领域，特别涉及一种多频宽带天线阵列、馈电装置和天线装置。所述一种多频宽带天线阵列，包括：两个阵元、基板、馈线和接地贴片；所述阵元为圆形振子构成的单个定向天线，所述两个阵元的中心间距为二分之一波长，所述两个阵元设置于所述基板正面，所述圆形振子的中心部位开有菱形缝隙；所述基板上设置有通孔，所述馈线设置于所述基板背面，所述振子通过所述通孔连接所述馈线形成电流通路；所述接地贴片设置于所述基板背面。通过该天线阵列，实现了多频宽带定向天线，增益高，扫描范围广，几乎不受互耦影响，辐射图无栅瓣产生，有效抑制了干扰。且整个天线阵列设计简单，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种多频宽带天线阵列、馈电装置和天线装置
本专利技术涉及天线
，特别涉及一种多频宽带天线阵列、馈电装置和天线装置。
技术介绍
近年来，宽带技术成为无线领域的一个重要发展方向。尤其是uwb(超宽带通信)标准化和民用化后，进一步促进了宽带通信的爆炸式发展。作为宽带通信系统核心部件的天线和天线阵列也被广泛地应用于超宽带无线通信、高精度定位、雷达探测、生物工程等领域。天线阵列作为宽带通信系统的前端部件，对整个系统的性能有至关重要的作用。而现有宽带天线阵列普遍存在以下问题：1、宽带天线阵列通常以上限频率确定阵元间距，天线阵列整体尺寸固定，但对低频而言其电尺寸小，增益降低，相对单元间距也小，导致半功率波束宽度(HP)展宽；而在高频端可能会产生栅瓣，副瓣电平会增大，馈电难度增加。即栅瓣和单元尺寸之间的矛盾成为超宽带角度扫描天线阵列设计的难点。2、馈电难度大，宽频带馈电网络实现难度大，尤其是阵元数目增加时，天线馈电结构复杂，馈电效率比较低，馈电网络的幅度和相位会产生偏差。3、制造复杂，成本高，在结构上难以实现集成或共形。
技术实现思路
为此，需要提供一种多频宽带天线阵列，用以解决现有天线阵列难以馈电难度大、在结构上因栅瓣和单元尺寸之间的矛盾设计复杂、制造成本高的问题。具体技术方案如下：一种多频宽带天线阵列，包括：两个阵元、基板、馈线和接地贴片；所述阵元为圆形振子构成的单个定向天线，所述两个阵元的中心间距为二分之一波长，所述两个阵元设置于所述基板正面，所述圆形振子的中心部位开有菱形缝隙；所述基板上设置有通孔，所述馈线设置于所述基板背面，所述振子通过所述通孔连接所述馈线形成电流通路；所述接地贴片设置于所述基板背面。进一步的，所述两个阵元的馈线长度相等。进一步的，所述馈线为50欧姆共面波导馈线。进一步的，所述基板为基片FR-4。进一步的，所述基板厚度为2mm。为解决上述技术问题，还提供了一种馈电装置，具体技术方案如下：一种馈电装置，包括：宽频匹配网络和超宽带巴伦；所述宽频匹配网络连接所述超宽带巴伦。为解决上述技术问题，还提供了一种天线装置，具体技术方案如下：一种天线装置，所述天线装置包括了上述提及的多频宽带天线阵列和上述提及的馈电装置。本专利技术的有益效果是：一种多频宽带天线阵列，包括了两个为圆形振子构成的单个定向天线组成的阵元，边缘平滑渐变圆型振子有利于电流辐射，圆形振子直径为1/4波长，可使天线达到最大辐射效率。且所述两个阵元的中心间距为二分之一波长，如果阵元之间间距小于1/2波长，阵元间会相互影响，使的阵元的输入阻抗改变，即产生互耦，若阵元间距过大又会使副瓣电平上升，造成主瓣性能降低，所以阵元中心间距设计为1/2波长，阵元边缘间距约1/4波长，即在保证最大扫描角度的前提下使阵元之间的互耦影响降到最低。所述圆形振子的中心部位开有菱形缝隙，开缝隙后的单天线除在原6.5GHz处第一个谐振点外，又在4GHz处产生了一新谐振点，-10dB带宽为约200MHz，即展宽了带宽。通过该天线阵列，实现了多频宽带定向天线，增益高，扫描范围广，几乎不受互耦影响，辐射图无栅瓣产生，有效抑制了干扰。且整个天线阵列设计简单，成本低。所述两个阵元的馈线长度相等。使得两路入射信号在馈线上的时延相等。整个天线无栅瓣产生。且所述馈线为50欧姆共面波导馈线。共面波导馈线具有高频的低偏移特性和宽的阻抗带宽的优点。基板厚度为2mm，选用板材FR-4(介电常数为4.4)，较厚的基板厚度和较高的介电常数有利于天线小型化和展宽带宽。附图说明图1为具体实施方式所述一种多频宽带天线阵列的正面示意图；图2为具体实施方式所述一种多频宽带天线阵列的反面示意图；图3为具体实施方式所述开缝之前单天线回波损耗示意图；图4为具体实施方式所述开缝之后单天线回波损耗示意图；图5为具体实施方式所述天线阵列方向图；图6为具体实施方式所述阵元间耦合曲线图；图7为具体实施方式所述一种馈电装置的电路示意图；图8为具体实施方式所述加宽频匹配网络之后的单天线回波损耗曲线示意图；图9为具体实施方式所述多径信号示意图；图10为具体实施方式所述AOA示意图；图11为具体实施方式所述到达天线A和B的复基带信号示意图。附图标记说明：1、阵元，2、基板，3、通孔，4、馈线，5、接地贴片。具体实施方式为详细说明技术方案的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。请参阅图1至图6，在本实施方式中，一种多频宽带天线阵列的具体实施方式如下：一种多频宽带天线阵列，包括：两个阵元1、基板2、馈线4和接地贴片5；所述阵元1为圆形振子构成的单个定向天线，所述两个阵元1的中心间距为二分之一波长，所述两个阵元1设置于所述基板2正面，所述圆形振子的中心部位开有菱形缝隙；所述基板2上设置有通孔3，所述馈线4设置于所述基板2背面，所述振子通过所述通孔3连接所述馈线4形成电流通路；所述接地贴片5设置于所述基板2背面。在本实施方式中，所述阵元1为圆形振子构成的单个定向天线，边缘平滑渐变圆形振子有利于电流辐射，圆形振子直径为1/4波长，可使天线达到最大辐射效率。且所述两个阵元1的中心间距为二分之一波长，如果阵元1之间间距小于1/2波长，阵元1间会相互影响，使的阵元1的输入阻抗改变，即产生互耦，若阵元1间距过大又会使副瓣电平上升，造成主瓣性能降低，所以阵元1中心间距设计为1/2波长，阵元1边缘间距约1/4波长，即在保证最大扫描角度的前提下使阵元1之间的互耦影响降到最低，在频带范围内阵元1之间的互耦小于-10dB，如图6所示。如图1所示，所述圆形振子的中心部位开有菱形缝隙，由开缝隙之前的回波损耗(如图3所示)和开缝隙后的回波损耗图(如图4所示)可知，开缝隙后的单天线除在原6.5GHz处第一个谐振点(-10dB带宽为约500MHz)外，又在4GHz处产生了一新谐振点，-10dB带宽为约200MHz，即展宽了带宽。在本实施方式中，所述两个阵元1的馈线4长度相等。使得两路入射信号在馈线4上的时延相等。整个天线无栅瓣产生，增益为3dB，如图5所示。且所述馈线4为50欧姆共面波导馈线。共面波导馈线具有高频的低偏移特性和宽的阻抗带宽的优点。所述振子通过所述通孔3连接所述馈线4形成电流通路。整个天线馈电部分通过在接地共面波导上下面上开孔，使得上下两层面之间形成短路，从而阻止了寄生模式的产生，而且孔的数量也可改变天线的输入阻抗。通过调节馈线4以及馈线4两侧缝隙的宽度可以达到良好的匹配，这也使得天线容易得到阻抗匹配。共面波导馈线设置于天线背面。基板2厚度为2mm，选用板材FR-4(介电常数为4.4)，较厚的基板2厚度和较高的介电常数有利于天线小型化和展宽带宽。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多频宽带天线阵列，其特征在于，包括：两个阵元、基板、馈线和接地贴片；/n所述阵元为圆形振子构成的单个定向天线，所述两个阵元的中心间距为二分之一波长，所述两个阵元设置于所述基板正面，所述圆形振子的中心部位开有菱形缝隙；/n所述基板上设置有通孔，所述馈线设置于所述基板背面，所述振子通过所述通孔连接所述馈线形成电流通路；/n所述接地贴片设置于所述基板背面。/n

【技术特征摘要】
1.一种多频宽带天线阵列，其特征在于，包括：两个阵元、基板、馈线和接地贴片；
所述阵元为圆形振子构成的单个定向天线，所述两个阵元的中心间距为二分之一波长，所述两个阵元设置于所述基板正面，所述圆形振子的中心部位开有菱形缝隙；
所述基板上设置有通孔，所述馈线设置于所述基板背面，所述振子通过所述通孔连接所述馈线形成电流通路；
所述接地贴片设置于所述基板背面。


2.根据权利要求1所述的一种多频宽带天线阵列，其特征在于，
所述两个阵元的馈线长度相等。


3.根据权利要求1或2所述的一种多...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，王博，涂振益，
申请(专利权)人：福州物联网开放实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35