一种紧凑的宽带栅格阵列天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种紧凑的宽带栅格阵列天线，包括有上层介质基板、上层金属贴片、下层介质基板、下层金属贴片、金属接地板以及同轴探针，所述上层金属贴片贴装于上层介质基板的上表面，所述上层金属贴片包括上层矩形贴片以及向内弯折的上层弯折传输线，所述下层金属贴片和金属接地板分别贴装于下层介质基板的上表面和下表面，所述下层金属贴片上设置有同心双圆环宽带AMC单元，所述同心双圆环宽带AMC单元包括大圆环贴片、小圆环贴片，所述上层介质基板和下层介质基板中间设置有空气层，位于中心附近的上层矩形贴片的边缘和下层介质基板之间贯通设置有同轴探针。本实用新型专利技术可以解决现有栅格阵列天线的带宽不足的问题。决现有栅格阵列天线的带宽不足的问题。决现有栅格阵列天线的带宽不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑的宽带栅格阵列天线


[0001]本技术涉及无线通信中的天线
，尤其涉及一种紧凑的宽带栅格阵列天线。

技术介绍

[0002]栅格阵列天线是一种具有多个矩形线环或微带线环的平面阵列天线。它是由Kraus于1964年作为行波的频率扫描天线提出的，随后逐渐发展为微带版本的驻波天线。一般情况下，栅格的辐射边约为半波长，连接辐射边的传输线约为一个波长，以保证辐射边电场同相，形成辐射主波束，而在与辐射边垂直的传输线方向上产生低交叉极化。
[0003]栅格阵列天线的优点为：
[0004]1.天线的增益高，明显高于同等单元数目的贴片阵列天线，且通过调整单元的长边宽度即可实现对交叉极化的控制。
[0005]2.馈电技术简单，一般在天线中心使用同轴探针馈电。
[0006]3.天线的剖面较低，可以附着在载体表面做共形天线。
[0007]但是受制于微带线的窄带特性，栅格阵列天线的带宽通常不足10％，限制了其可用性。随着无线系统的迅猛发展和各种无线应用需求的日益增长，设计宽频带、高增益的天线以覆盖更宽的频率范围显得尤为重要。
[0008]近年来，国内外学者提出了一些带宽提升的栅格阵列天线。例如，2014年 Khan O.等人在论文“Awideband variable width microstrip grid array antenna”中提出了一种多层栅格阵列的结构，馈电网络单独设计，便于端口与天线输入之间的阻抗匹配，阻抗带宽达到10.7％，但3
‑
dB增益带宽只有5.1％；2019年WaiYan Yong等人在论文“Wideband Grid Array Antenna for 28GHz 5G Base Station”中改进了栅格单元形状，在栅格短边上加载一个菱形贴片，并使用锥削分布方法调整菱形宽度，阻抗带宽提高到16.07％，但峰值增益只达到了14.8dBi(13 个辐射单元)。提高天线带宽的方法一般包括：增加天线厚度来降低天线的Q值进而提升带宽；平滑辐射贴片的外形从而获得平坦的阻抗频率特性，等等。但这些方法通常会引起增益的大幅下降，且带宽提升不明显，大多仍低于20％；进一步地，许多改进后的天线结构复杂，或者剖面过高，不利于加工和调试，难以获得实际应用。因此，较差的带宽表现是限制栅格阵列天线广泛应用的关键因素。

技术实现思路

[0009]为解决现有技术的缺点和不足，提供一种紧凑的宽带栅格阵列天线，以解决现有栅格阵列天线的带宽不足的问题。
[0010]为实现本技术目的而提供的一种紧凑的宽带栅格阵列天线，包括有上层介质基板、上层金属贴片、下层介质基板、下层金属贴片、金属接地板以及同轴探针，所述上层金属贴片贴装于上层介质基板的上表面，所述上层金属贴片包括上层矩形贴片以及向内弯折的上层弯折传输线，所述下层金属贴片和金属接地板分别贴装于下层介质基板的上表面和
下表面，所述下层金属贴片上设置有同心双圆环宽带AMC单元，所述同心双圆环宽带AMC单元包括大圆环贴片、小圆环贴片，所述上层介质基板和下层介质基板中间设置有空气层，位于中心附近的上层矩形贴片的边缘和下层介质基板之间贯通设置有同轴探针。
[0011]本技术的有益效果是：
[0012]与现有技术相比，本技术提供的一种紧凑的宽带栅格阵列天线，工作时，位于上层水平方向的上层矩形贴片作为辐射元件，产生同相的水平极化波，与它连接的上层弯折传输线相当于传输线，提供360
°
的谐振相位延迟。天线在侧向上产生低交叉极化的定向辐射波束。位于下层的大圆环贴片、小圆环贴片周期排列，做为AMC单元对入射波进行同相反射，有利于提高天线的增益。
[0013]与现有技术相比，本技术具有以下优点：
[0014](1)栅格阵元的上层弯折传输线向内弯折，在拓展表面电流路径的同时，增加谐振长度，从而提升了天线的带宽并减小了辐射口径；
[0015](2)AMC反射器取代传统的金属板反射器，降低了天线的剖面高度，提升了天线的方向性；
[0016](3)采用同心双圆环宽带AMC单元，其等效电路与天线发生近场耦合，进一步增加了天线的带宽性能；
[0017](4)天线结构简单，可靠性好，方便制作和调试，为栅格阵列天线在无线通信系统中的应用提供了可行性。
附图说明
[0018]以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
[0019]图1为本技术所述的栅格阵列天线的结构图；
[0020]图2为本技术所述的栅格阵列天线的侧视图；
[0021]图3为本技术所述的栅格阵列天线的AMC单元的反射相位曲线；
[0022]图4为本技术所述的栅格阵列天线的S参数曲线；
[0023]图5为本技术所述的栅格阵列天线的增益曲线；
[0024]图6为本技术所述的栅格阵列天线在5.8GHz时的E面辐射方向图；
[0025]图7为本技术所述的栅格阵列天线在5.8GHz时的H面辐射方向图；
[0026]图示中：1
‑
上层介质基板，2
‑
空气层，3
‑
下层介质基板，4
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金属接地板，5
‑ꢀ
同轴探针，6
‑
上层矩形贴片，7
‑
上层弯折传输线，8
‑
大圆环贴片，9
‑
小圆环贴片。
具体实施方式
[0027]如图1、图2所示，本技术提供的一种紧凑的宽带栅格阵列天线，包括有上层介质基板1、上层金属贴片、下层介质基板3、下层金属贴片、金属接地板4以及同轴探针5，所述上层金属贴片贴装于上层介质基板1的上表面，所述上层金属贴片包括上层矩形贴片6、上层弯折传输线7，上层弯折传输线7的弯折距离为2.8mm，所述下层金属贴片和金属接地板4分别贴装于下层介质基板 3的上表面和下表面，所述下层金属贴片上设置有同心双圆环宽带AMC单元，所述同心双圆环宽带AMC单元包括大圆环贴片8、小圆环贴片9，大圆环贴片 8和小圆环贴片9的外径分别为4.0mm和2.5mm，环宽均为0.5mm，大圆环贴片8和小圆环贴片9的
排列方式为14
×
14，所述上层介质基板1和下层介质基板 3中间设置有空气层2，位于中心附近的上层矩形贴片6的边缘和下层介质基板 3之间贯通设置有同轴探针5。
[0028]经数值计算和天线测试，本技术天线的阻抗带宽可以从4.65GHz延伸到6.07GHz,达到24.5％，远超现有栅格阵列天线的带宽(低于10％)。3dB增益下降带宽为5.21
‑
6.49GHz，达到22.1％。在栅格单元面积缩减21.9％的情况下，在5.8GHz处获得了最大增益，为16.6dBi，远超现有相同单元数的栅格阵列天线的增益(约14dBi)。
[0029]如图3所示，AMC的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑的宽带栅格阵列天线，其特征在于：包括有上层介质基板、上层金属贴片、下层介质基板、下层金属贴片、金属接地板以及同轴探针，所述上层金属贴片贴装于上层介质基板的上表面，所述上层金属贴片包括上层矩形贴片以及向内弯折的上层弯折传输线，所述下层金属贴片和金属接地板分别贴...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇峰，郝刚，张骄，韩国瑞，陈新伟，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：新型
国别省市：