[发明专利]一种T形微带馈电低剖面双极化瓦片天线单元设计方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种T形微带馈电低剖面双极化瓦片天线单元设计方法。具体是贴片单元通过同层T形微带线耦合馈电、双极化、上方加寄生单元展宽带宽的微带贴片天线。本发明天线具有馈电结构简单、可抑制低频信号干扰的优点。不仅可以用作瓦片式阵列天线的单元，也可以独立地用作极化分集系统的收、发天线。

背景技术

瓦片式集成的天线阵列模块为横向集成纵向组装(Griffin D W，Parfitt A J.Electromagnetic design aspects of packages for monolithic microwave integrated circuit-based arrays with integrated antenna elements[J].IEEE Transactions Oil Antennas and Propagation，1995，43(9)：927-931)，特别适合有源相控阵天线应用(彭祥龙.相控阵天线集成技术[J]，电讯技术.2010，50(10)：112-117)。瓦片式天线阵列模块要求天线单元具有很小的剖面，微带贴片天线因剖面低且易于加工而被广泛选用。双极化微带贴片天线一般使用方形贴片(钟顺时，微带天线理论与应用，西安电子科技大学出版社，1991)。但方形贴片天线边馈输入阻抗大于300Ω，常采用加阻抗变换器、嵌入馈电或耦合馈电等方式解决阻抗匹配问题(Stutzman&Thiele.天线理论与设计(第二版)，P197-202，人民邮电出版社，2006)。

高阻抗的馈线线宽非常小，对加工精度要求高，采用阻抗变换会使馈电网络复杂且产生寄生辐射。嵌入馈电结构改变贴片形状从而破坏了电流分布的均匀性，使天线交叉极化性能变差。

耦合馈电方式得到了广泛的研究，一般采用多层微带结构，通过下方接地板上的缝隙耦合，或者直接采用探针耦合。缝隙耦合馈电方式通常需要在天线背面λ₀/4处增加反射板以避免背瓣辐射，当频率较低时天线剖面很大；采用探针耦合的馈电方式对制造精度要求很高，而且剖面也较大。因此，上述天线形式不适合用作瓦片天线单元。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种T形微带馈电低剖面双极化瓦片天线单元设计方法，该天线单元具有馈电结构简单、可抑制低频信号干扰和剖面低易于集成的特点。

为了设计一种T形微带馈电低剖面双极化瓦片天线单元，本发明的具体设计方案如下：

根据天线工作频段和选用的介质介电常数，确定底层微带贴片和顶层微带贴片的尺寸。贴片初始尺寸约为其中λ₀为中心频率点自由空间波长，ε_e为介质板等效介电常数。顶层贴片的尺寸稍大于底层贴片的尺寸。天线的介质厚度和介电常数可以根据工作带宽调整，增加介质厚度或者采用低介电常数可以增大天线带宽。底层微带贴片的馈线阻抗选为50Ω，根据阻抗值确定微带线宽度。T形馈电网络4的尺寸(长度L2、宽度W2)及其与贴片单元的间距d决定天线的输入阻抗值。天线馈电微带线和同轴连接处的焊盘尺寸需要根据同轴连接器的尺寸优化，以使馈电网络保持匹配。

本设计方法的主要特征有：

底层微带贴片单元与馈线位于同层，通过T形微带线耦合馈电；贴片单元与馈电网络不直接接触。微带贴片单元形状为方形。

顶层加寄生贴片展宽频带，寄生贴片单元形状为方形。

天线单元辐射两种极化。

本发明微带天线的有益技术效果体现在下述几个方面：

1、底层微带贴片单元通过T形微带线耦合馈电，使贴片单元与馈电网络不直接接触，避免了天线系统低频、直流信号的串扰；底层微带贴片单元与馈线位于同层，天线结构简单；耦合馈电形式的贴片单元馈电点处的输入阻抗低，降低了馈电网络匹配难度。顶层加寄生贴片，拓展了天线的工作带宽。

2、天线馈电结构没有破坏辐射贴片的形状，保持了较高的极化纯度。

3、整个天线为平面结构、剖面低，适合作为瓦片式阵列的天线单元。

4、在天线两种极化端口同时激励并配以特定的相位差，可以实现其他极化。

最终设计结果表明，本发明天线具有良好的频带特性，在20％的工作频带内驻波小于1.8，交叉极化电平低于-17dB。天线剖面积低。

附图说明

下面结合说明书附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

图1为本发明天线的结构透视图；

图2为本发明天线的结构侧视图；

图3为本发明天线的馈电单元；