【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线与微波，具体涉及一种结构功能一体化宽频微带天线单元。
技术介绍
1、相控阵天线作为雷达的前端组成部分，实现电磁波的发射和接收功能，其性能直接影响雷达设备的测量距离、探测精度等技术指标。随着现代电子装备技术的发展，雷达的性能指标更加苛刻，对相控阵天线辐射性能和结构特性均提出了更高的要求。天线单元的快速优化设计直接影响先进雷达系统的研制迭代周期。微带天线由于其具有低成本、易共形、易加工制作等特点广泛应用于各通信领域。而微带天线最大问题在于其窄带的工作特性。近年来，多种设计技术已用于微带天线工作带宽扩展，较为有效的方法是采用多层辐射贴片的形式，一般可实现30％～35％的工作带宽。
2、2007年，中国电子科技集团公司第三十八研究所提出了名称为“非辐射边馈电的宽带双层矩形微带贴片天线”(申请号为cn200610096200.7，公布号为cn1941506a)的专利，公开了一种宽带双层矩形微带天线，通过采用双层微带辐射贴片结构，两层辐射贴片中间为低相位介电常数基板，并且在寄生贴片上进行缝隙加载处理，利用双谐振特性实现工作带宽扩展。公开的天线单元在8％～16.5％的相对带宽内驻波比优于1.3。
3、2017年，ankita katyal等人在ieee antennas and wireless propagationletters发表了题为“compact and broadband stacked microstrip patch antenna fortarget scanning applic
4、2020年，yaqing wen等人在2020international conference on microwave andmillimeter wave technology(icmmt)发表了题为“an ultra-wideband and low-profilecavity-backed antenna used in planar phased array”的论文，该论文提出一种利用背腔结构和多层辐射贴片的天线单元。该天线单元的工作带宽覆盖6ghz～17ghz(相对带宽95.7％)，剖面仅为0.35λ(λ为中心频率对应波长)。
5、面向工程应用的相控阵天线设计时，不仅需考虑天线自身的辐射特性，还需考虑与平台间的安装固定问题。一般设计流程是首先完成天线阵列的辐射性能设计，然后在天线阵列中选取不破坏天线单元的空白区域布置固定螺钉。但对于工作在高频段的相控阵天线阵列，天线单元排布紧密，很难选取足够的空白区域布置合适尺寸、合适数目的螺钉。另外螺钉作为一种额外的金属结构会对天线辐射特性产生影响。因此，对于高频段的相控阵天线阵列设计，在螺钉布局初步选定后，需将螺钉模型带入电磁仿真软件进行全波仿真评估，若螺钉布局对于天线性能影响较大则需多次迭代仿真优化螺钉布局位置。而多次迭代仿真会大幅提升设计问题计算量，延长相控阵天线阵列的设计周期。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提出一种基于金属栅格结构件的结构功能一体化宽频微带天线单元，金属栅格既作为天线工作的谐振腔结构，实现宽带宽角扫描的工作特性，又提供固定螺钉安装点。在不影响天线工作特性的前提下实现天线单元辐射性能优化和螺钉布局优化的协同设计，解决基于现有设计流程的相控阵天线阵列设计需进行多次反复迭代、计算量大的问题，缩短设计周期。
2、本专利技术的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，包括第一介质基板(1)、胶层(2)、金属栅格(3)、螺钉(4)、馈电结构(5)。所述第一介质基板(1)的上表面印制有第一金属层(11)，该第一介质基板(1)的下表面印制有第二金属层(12)，该第一介质基板(1)中间开有空气过孔(13)；所述胶层(2)位于第一介质基板(1)和金属栅格(3)之间，该胶层(2)用于第一介质基板(1)与金属栅格(3)之间的胶接固定；所述金属栅格(3)包括沿y轴的第一金属梁(31)、沿x轴的第二金属梁(32)和螺钉安装凸台(33)；所述馈电结构(5)位于金属栅格(3)下方，该馈电结构(5)包括第三金属层(51)、第二介质基板(52)、半固化片(53)、第三介质基片(54)和第四金属层(55)，该馈电结构(5)的第二介质基板(52)的上表面印制有第三金属层(51)，第三金属层(51)上蚀刻有缝隙(57)；第三介质基板(54)的上表面印制有馈电枝节，第三介质基板(54)的下表面印制有第四金属层(55)，第四金属层(55)蚀刻有焊盘区域实现射频连接器焊接，第三金属层(51)和第四金属层(55)之间有金属化屏蔽孔(56)。
3、第一介质基板(1)上下表面分别印制有第一金属层(11)和第二金属层(12)作为天线单元的辐射结构，第一金属层(11)结构尺寸略小于第二金属层(12)，且第一金属层(11)结构中心、第二金属层(12)结构中心和缝隙(57)结构中心重合。金属栅格围框(3)位于第一介质基板(1)与馈电结构(5)之间，且提供螺钉安装凸台(33)。
4、在设计时，考虑了加工生产环节和实际应用场景，所述金属栅格(3)由沿y轴的第一金属梁(31)、沿x轴的第二金属梁(32)和螺钉安装凸台(33)组成，中间形成空气空腔，该金属栅格(3)具有一定高度，且位于第一介质基板(1)与馈电结构(5)之间，在提供螺钉安装位置同时为第二金属层12提供谐振腔结构，实现结构功能一体化设计。
5、安装时，首先将第一介质基板(1)放置在胶层(2)和金属栅格(3)上方，通过胶层(2)胶接形成一个部分。再将馈电结构(2)放置在金属栅格(3)下方，通过螺钉(4)连接金属栅格(3)四角的螺钉安装凸台(33)，形成天线单元整体。
6、本专利技术天线单元采用双层辐射贴片结构，在第一介质基板(1)的上下层分别蚀刻不同尺寸的金属层，即第一金属层(11)和第二金属层(12)，均作为天线单元的辐射结构，缝隙(57)激励第二金属层(12)实现低频处的谐振，第一金属层(11)以第二金属层(12)为地在高频处谐振，通过尺寸优化调整，使两工作频带靠近，以扩展天线的工作带宽。采用一层介质基板实现两层辐射贴片结构可最大限度地保证两层辐射贴片间的距离。
7、馈电结构(5)为缝隙耦合馈电形式，采用缝隙对贴片进行耦合馈电可实现宽带阻抗匹配，并利用带状线馈电枝节对耦合缝隙(57)进行偏置馈电进一步扩展天线单元工作带宽。馈电结构(5)采用一体化层压技术，后续可根据产品需求与绕线、功分器等整体层压，实现天馈线系统集成，降低天线阵面整体剖面厚度。
8、所述第一介质基板(1)采用低相对介电常数基板，且开有空气过孔(13)降低相对介本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：包括第一介质基板(1)、胶层(2)、金属栅格(3)、螺钉(4)和馈电结构(5)；
2.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：所述第一金属层(11)和第二金属层(12)作为天线单元的辐射结构，第一金属层(11)结构尺寸略小于第二金属层(12)，且第一金属层(11)结构中心、第二金属层(12)结构中心均和第三金属层(51)上的缝隙(57)结构中心重合。
3.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：所述金属栅格(3)具有一定高度，中间形成空气空腔，为第二金属层(12)提供谐振腔结构。
4.根据权利要求3所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：所述缝隙(57)激励第二金属层(12)实现低频处的谐振，第一金属层(11)则在高频处谐振。
5.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：所述馈电结构(5)为缝隙耦合馈电形式。
6.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特
7.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：所述金属栅格(3)在第一介质基板(1)上的投影与第一金属层(11)、第二金属层(12)不相交，在第三金属层(51)上的投影不对缝隙(57)产生遮挡。
...【技术特征摘要】
1.一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：包括第一介质基板(1)、胶层(2)、金属栅格(3)、螺钉(4)和馈电结构(5)；
2.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：所述第一金属层(11)和第二金属层(12)作为天线单元的辐射结构，第一金属层(11)结构尺寸略小于第二金属层(12)，且第一金属层(11)结构中心、第二金属层(12)结构中心均和第三金属层(51)上的缝隙(57)结构中心重合。
3.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化宽频微带天线单元，其特征在于：所述金属栅格(3)具有一定高度，中间形成空气空腔，为第二金属层(12)提供谐振腔结构。
4.根据权利要求3所述的一种结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆松，刘志惠，李钊，周浩，孙红兵，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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