一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵制造技术

本发明专利技术公开了一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵，天线单元包括依次设置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板、第三介质基板及第二金属地板，所述第一介质基板的上表面设置超表面结构，所述第一金属地板上蚀刻馈电缝隙，所述第一金属地板及第二介质基板之间设置带状馈电线。一种串并馈子阵列，包括两个镜向对称的串联子阵列，两个串联子阵列按照镜像对称轴拼接，一种相控阵，包括若干个串并馈子阵列沿子阵的垂直方向呈周期排列，本发明专利技术加工容易、成本低、剖面低，适合平面天线阵列设计，应用于大规模生产。应用于大规模生产。应用于大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵


[0001]本专利技术涉及通信领域，具体涉及一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵。

技术介绍

[0002]相控阵天线在军事和通信领域有着广泛的应用，早期雷达系统中，阵列天线的波束方向固定，需要通过机械扫描控制波束方向，和传统的固定波束阵列相比，相控阵天线能迅速准确地控制波束进行无惯性扫描，在指定的空间内实现同时搜索和跟踪多目标的功能。相控阵天线最初应用于军事雷达中，目的是观测以及跟踪大范围空间内的机体目标。随着无线通信技术的发展，相控阵技术也开始用于民用产品，如汽车防撞雷达、蜂窝通信等。
[0003]在通信领域，5G通信已经开始逐步走进人们的生活。为了解决频谱资源短缺问题，5G通信将使用毫米波频段(24.25～29.5GHz)作为工作频段。然而在毫米波频段，电磁波在空间中的传输损耗将大幅增加，采用单个或少数天线单元，增益较低，无法保证信号的正常传输，天线阵列增益高，可以实现远距离信号传输；但阵列存在波束宽度窄，辐射效率低等问题，无法实现低耗能、宽角度的信号覆盖。因此，设计具有波束扫描功能、高效率的相控阵天线对于5G通信十分重要。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种宽带高效率天线单元、串并馈子阵列及相控阵。本专利技术具有较高的辐射效率、较宽的带宽，能实现较宽的波束扫描范围。
[0005]本专利技术宽带高效率天线单元采用如下技术方案：
[0006]一种宽带高效率天线单元，包括依次设置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板、第三介质基板及第二金属地板，所述第一介质基板的上表面设置超表面结构，所述第一金属地板上蚀刻馈电缝隙，所述第二介质基板及第三介质基板之间设置带状馈电线。
[0007]进一步，所述带状馈电线为渐变型馈线。
[0008]进一步，所述带状馈电线周围加载金属接地柱，跨接在第一金属地板及第二金属地板之间。
[0009]本专利技术串并馈子阵列采用如下技术方案：
[0010]一种串并馈子阵列，包括两个镜向对称的串联子阵列，两个串联子阵列按照镜像对称轴拼接，所述串联子阵列由若干个所述宽带高效率天线单元沿子阵方向串馈排列形成。
[0011]进一步，还包括依次设置在第二金属地板下方的第四介质基板及第三金属地板，所述第二金属地板的中心处及第三金属地板的中心处分别蚀刻第一耦合缝隙及第二耦合缝隙。
[0012]进一步，还包括共面波导线，所述第二耦合缝隙与共面波导线连接，依次激励第二
耦合缝隙、第一耦合缝隙及带状馈电线。
[0013]进一步，第一耦合缝隙上下电场信号等幅反相，镜像拼接的位于第一耦合缝隙上方的带状馈电线信号等幅同相，因此镜像放置的两个串联子阵列会被等幅同相的电磁信号激励，实现串并馈子阵列的中心并馈。
[0014]本专利技术的相控阵采用如下技术方案：
[0015]一种相控阵，包括若干个所述的串并馈子阵列，且沿子阵垂直方向呈周期排列。
[0016]进一步，相控阵的扫描范围由相邻串并馈子阵列之间的距离决定，距离越小，扫描范围越大。
[0017]进一步，还包括金属相位微扰枝节，设置在与带状馈电线同层或者异层，提高相邻串并馈子阵列的隔离度。
[0018]本专利技术的有益效果：
[0019]本专利技术天线单元采用超表面结构作为辐射单元，具有较宽的带宽。
[0020]本专利技术子阵列采用串并联馈电模式，馈电网络结构简单，损耗低，可以实现较高的天线辐射效率，且方向图对称。
[0021]本专利技术相控阵采用金属相位微扰枝节，可以降低子阵间的耦合，提高隔离度，同时具有阵列拓展性，可以广泛应用于高隔离阵列中。
[0022]本专利技术相控阵外接移向器，控制各输入端的相位差，可以实现
±
58
°
波束扫描；
[0023]本专利技术结构简单，加工容易，成本和重量都相对较小。因而可以大规模生产。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的宽带高效率天线单元的三维图。
[0025]图2(a)是本专利技术的串馈子阵列的俯视图。
[0026]图2(b)是本专利技术的串馈子阵列中带状馈电线的结构图。
[0027]图2(c)是本专利技术的串馈子阵列的侧视图。
[0028]图3(a)是本专利技术的串并馈子阵列的三维分解图。
[0029]图3(b)是本专利技术的串并馈子阵列的侧视图。
[0030]图3(c)是本专利技术的串并馈子阵列馈电结构中第二金属地板和其上蚀刻的第一耦合缝隙、第三金属地板和蚀刻于其上的第二耦合缝隙以及共面波导线的结构图。
[0031]图4为本专利技术提出的宽带高效率宽角扫描相控阵俯视图。
[0032]图5(a)为本专利技术提出的宽带高效率天线单元的S参数；
[0033]图5(b)为宽带高效率天线单元增益随频率变化曲线；
[0034]图5(c)为宽带高效率天线单元辐射效率随频率变化曲线；
[0035]图6(a)为本专利技术的串并馈子阵列的S参数；
[0036]图6(b)、图6(c)及图6(d)分别为低频(24GHz)、中频(26.5GHz)、高频(29GHz)的H面方向图；
[0037]图7(a)为本专利技术的相控阵的S参数；
[0038]图7(b)、图7(c)及图7(d)分别为相控阵在低频(24GHz)、中频(26.5GHz)、高频(29GHz)的H面扫描性能，图7(e)为相控阵辐射效率随频率变化曲线，图7(f)为相控阵增益随频率变化曲线。
具体实施方式
[0039]下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0040]实施例1
[0041]如图1所示，一种宽带高效率天线单元，采用多层PCB工艺，整个天线采用Roger5880作为介质基板。包括从上到下依次贴合设置的第一介质基板2、第一金属地板3、第二介质基板5、第三介质基板8及第二金属地板9，所述第一介质基板的上表面设置超表面结构1，所述第一金属地板3上蚀刻馈电缝隙4，所述第三介质基板8及第二介质基板5之间设置带状馈电线7。
[0042]作为天线的辐射部分：所述超表面结构1由M
×
N个超表面单元呈中心对称周期排列构成，本实施例1中超表面结构由2
×
2个超表面单元呈中心对称周期排列构成。所述超表面单元包括金属贴片。
[0043]所述金属贴片的形状不限于长方形，也可以为正方形、平行四边形、梯形、菱形等；所述馈电缝隙的形状可以是H型、π型、一型或M型等,所述金属接地柱可以为圆柱或长方体。
[0044]作为天线的馈电部分：所述第一金属地板3的中心位置蚀刻馈电缝隙4，用于激励上方辐射部分。所述馈电缝隙为一条，馈电缝隙形状不限。本实施例1中的馈电缝隙为两个连接的十字形。
[0045]带状馈电线为渐变型馈线，用作宽带阻抗匹配调节，其渐变可以为圆弧型切割或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带高效率天线单元，其特征在于，包括依次设置的第一介质基板、第一金属地板、第二介质基板、第三介质基板及第二金属地板，所述第一介质基板的上表面设置超表面结构，所述第一金属地板上蚀刻馈电缝隙，所述第三介质基板及第二介质基板之间设置带状馈电线。2.根据权利要求1所述的宽带高效率天线单元，其特征在于，所述带状馈电线为渐变型馈线。3.根据权利要求1或2所述的宽带高效率天线单元，其特征在于，所述带状馈电线周围加载金属接地柱，跨接在第一金属地板及第二金属地板之间。4.一种串并馈子阵列，其特征在于，包括两个镜向对称的串联子阵列，两个串联子阵列按照镜像对称轴拼接，所述串联子阵列由若干个如权利要求1
‑
3任一项所述宽带高效率天线单元沿子阵方向串馈排列形成。5.根据权利要求4所述的串并馈子阵列，其特征在于，还包括依次设置在第二金属地板下方的第四介质基板及第三金属地板，所述第二金属地板的中心处及第三金属地板的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琬琛，肖峰，车文荃，薛泉，刘宇济，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：