一种超宽带耦合贴片天线及其设计方法技术

本发明专利技术公开一种超宽带耦合贴片天线及其设计方法，包括顶层导电层、接地板、底层导电层；所述顶层导电层包括两个驱动贴片，驱动贴片外侧有两个平行排布的第一耦合贴片，每个驱动贴片的前后侧均放置两个第二耦合贴片，两个驱动贴片的内侧包裹两个竖直排布的第三耦合贴片，为了保证辐射方向图的稳定性，只利用驱动贴片和第二耦合贴片作为阻抗调节的贴片；所述接地板挖有一个孔径耦合馈点，孔径耦合馈点处于天线中心位置；所述底层导电层包括底层微带线，所述底层微带线被转换为一个两分支馈电结构，两分支馈电结构将电磁能量通过孔径耦合馈点传送给驱动贴片。本发明专利技术基于耦合作用的简单三层介质结构，可以降低天线加工成本和复杂度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带耦合贴片天线及其设计方法


[0001]本专利技术属于雷达通信领域，具体涉及一种超宽带耦合贴片天线及其设计方法。

技术介绍

[0002]在当前毫米波通信系统、超宽带成像系统逐渐发展的当下，对天线的带宽、成本、尺寸、加工难度都提供了更大的要求。复杂的超宽带系统往往要求天线在满足带宽要求的情况下具有更小的体积，更低的加工成本和复杂度。目前现有的大多数超宽带天线都采用多层PCB、多个寄生贴片、复杂馈电结构、改变传输线形状等实现天线的超宽带特性，但针对单个天线单元在保证简单的天线结构的情况下很少能具有超宽带特性。

技术实现思路

[0003]针对目前毫米波频段超宽带天线结构较为复杂的问题，本专利技术提出了一种超宽带耦合贴片天线及其设计方法，其为一种基于耦合作用的简单三层介质结构的超宽带天线单元，可以降低天线加工成本和复杂度。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种超宽带耦合贴片天线，包括顶层导电层、接地板、底层导电层；所述顶层导电层包括两个驱动贴片，驱动贴片外侧有两个平行排布的第一耦合贴片，每个驱动贴片的前后侧均放置两个第二耦合贴片，两个驱动贴片的内侧包裹两个竖直排布的第三耦合贴片，为了保证辐射方向图的稳定性，只利用驱动贴片和第二耦合贴片作为阻抗调节的贴片；所述接地板挖有一个孔径耦合馈点，孔径耦合馈点处于天线中心位置；所述底层导电层包括底层微带线，所述底层微带线被转换为一个两分支馈电结构，两分支馈电结构将电磁能量通过孔径耦合馈点传送给驱动贴片；所述底层微带线连接两分支馈电结构通过一个孔径耦合馈点分别激发两个驱动贴片的中心部分；所述顶层导电层与接地板之间设置第一介质层、第二介质层，接地板与底层导电层之间设置第三介质层。
[0006]进一步地，所述第一介质层、第二介质层和第三介质层均采用介质基板，并采用高频材料；所述第一介质层的相对介电常数为3.7，厚度为0.168mm；所述第二层介质层的相对介电常数为3.52，厚度为0.102毫米；所述第三层介质层的相对介电常数为3.03，厚度为0.127毫米。
[0007]进一步地，所述顶层导电层、接地板、底层导电层均利用0.5盎司电解铜制作。
[0008]本专利技术还提供一种超宽带耦合贴片天线的设计方法，首先建立第一介质层、第二介质层、第三介质层、接地板、孔径耦合馈点、底层微带线、两分支馈电结构、驱动贴片和内侧的第三耦合贴片的模型，并初步调整谐振频率；将谐振频率调整到需求频率范围内后，在驱动贴片前后侧加入第二耦合贴片并再次调整谐振频率；最终在驱动贴片两侧加入第三耦合贴片并根据天线的各个结构参数优化调整谐振频率和天线方向图。
[0009]进一步地，所述结构参数包括：所述两分支馈电结构的长度、孔径耦合馈点的孔径宽度、驱动贴片的宽度、驱动贴片与第三耦合贴片的间隙、第二耦合贴片的长度、第三耦合
贴片与驱动贴片的间隙。
[0010]有益效果：
[0011]本专利技术利用孔径耦合馈电加耦合贴片拓宽频带的方式，在加工简单的基础上对单个天线单元实现了超宽带性能，降低了超宽带天线的制作成本；给出一组最佳的设计参数，可以实现最佳的带宽和可实现增益；同时单个天线单元体积较小，具有较好的组成天线阵列的能力，在高增益场景中也能有效应用。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的超宽带耦合贴片天线的立体结构示意图；
[0013]图2a，图2b，图2c为天线的顶层导电层，接地板，底层导电层的俯视示意图；其中，图2a为顶层辐射贴片结构示意，图2b为接地板的耦合孔示意，图2c为底层馈电线示意；
[0014]图3为超宽带耦合贴片天线的可实现增益与S11回波损耗参数图；
[0015]图4a，图4b，图4c，图4d为天线E面和H面的主极化和交叉极化方向图；其中图4a为E面(68GHz)，图4b为H面(68GHz)，图4c为E面(80GHz)，图4d为H面(80GHz)；
[0016]图5为1x4天线阵列的底层馈电结构示意图；
[0017]图6为1x4天线阵列的可实现增益与S11回波损耗参数图；
[0018]图7a，图7b，图7c，图7d，图7e，图7f，图7g为超宽带耦合贴片天线的参数对输入阻抗的影响图；其中，图7a为L
s
参数变化对天线输入阻抗的影响，图7b为w
a
参数变化对天线输入阻抗的影响，图7c为l
r
参数变化对天线输入阻抗的影响，图7d为w
r
参数变化对天线输入阻抗的影响，图7e为s1参数变化对天线输入阻抗的影响，图7f为s4参数变化对天线输入阻抗的影响，图7g为l
f
参数变化对天线输入阻抗的影响。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0020]如图1所示，本专利技术的超宽带耦合贴片天线包括顶层导电层、接地板6、底层导电层，优选的，所述顶层导电层与接地板间距为0.27mm，接地板与底层导电层间距为0.127mm。所述顶层导电层包括两个驱动贴片1，驱动贴片1外侧有两个平行排布的第一耦合贴片2，每个驱动贴片1的前后侧均放置两个第二耦合贴片3，驱动贴片1的内侧包裹两个竖直排布的第三耦合贴片4。所述接地板6挖有一个孔径耦合馈点5，孔径耦合馈点5处于天线中心位置；所述底层导电层的底层微带线7被转换为一个两分支馈电结构8，两分支馈电结构8将电磁能量通过孔径耦合馈点5传送给驱动贴片1。所述底层导电层采用铜箔。
[0021]为了保证辐射方向图的稳定性，只利用驱动贴片1和第二耦合贴片3作为阻抗调节的主要贴片。为了增加带宽，作为底部馈电部分的孔径耦合馈点5、底层微带线7、两分支馈电结构8采用了微带分支馈电耦合结构，所述底层微带线7连接两分支馈电结构8通过一个孔径耦合馈点5分别激发两个驱动贴片1的中心部分。
[0022]所述顶层导电层、接地板6、底层导电层可以利用0.5盎司电解铜制作，也不限于电
解铜。第一介质层9、第二介质层10处于顶层导电层与接地板6之间，第三介质层11处于接地板6与底层导电层之间。
[0023]表1耦合天线结构参数
[0024][0025][0026]如图2a，图2b，图2c所示，本专利技术的超宽带耦合贴片天线各部分具体尺寸的一个实施例列于表1。w和l分别是第三耦合贴片4的宽度和长度，w
r
和l
r
分别是驱动贴片1的宽度和长度，w
side
和l
side
分别是第一耦合贴片2的宽度和长度，w
f
和l
f
分别是第二耦合贴片3的宽度和长度，s1是驱动贴片1和第三耦合贴片4的间隙，s2是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带耦合贴片天线，其特征在于：包括顶层导电层、接地板、底层导电层；所述顶层导电层包括两个驱动贴片，驱动贴片外侧有两个平行排布的第一耦合贴片，每个驱动贴片的前后侧均放置两个第二耦合贴片，两个驱动贴片的内侧包裹两个竖直排布的第三耦合贴片，为了保证辐射方向图的稳定性，只利用驱动贴片和第二耦合贴片作为阻抗调节的贴片；所述接地板挖有一个孔径耦合馈点，孔径耦合馈点处于天线中心位置；所述底层导电层设置底层微带线，所述底层微带线被转换为一个两分支馈电结构，两分支馈电结构将电磁能量通过孔径耦合馈点传送给驱动贴片；所述底层微带线连接两分支馈电结构通过一个孔径耦合馈点分别激发两个驱动贴片的中心部分；所述顶层导电层与接地板之间由上到下设置第一介质层、第二介质层，接地板与底层导电层之间设置第三介质层。2.根据权利要求1所述的一种超宽带耦合贴片天线，其特征在于：所述第一介质层、第二介质层和第三介质层均采用高频材料；所述第一介质层的相对介电常数为3.7，厚度为0.168mm；所述第二层介质层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪奕才，张文瑞，王子豪，李超，卢伟，刘小军，方广有，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：