[发明专利]一种小型化集成相控阵天线及其设计方法

说明书

本发明涉及天线领域，为小型化集成相控阵天线及其设计方法，相阵控天线的天线阵列包括多个天线单元，天线单元设在第一介质片上；第一介质片顶层覆铜为辐射天线，底层覆铜为铜片地板；馈电网络设在第二介质片上，包括多个微带线结构、移相器芯片，将从一个微带线结构的输入端输入馈电网络的能量均等分配至其余微带线结构的输出端口；第二介质片顶面覆铜形成微带线线路，底面覆铜为铜片地板；天线阵列与馈电网络的铜片地板面对面压合，将天线单元的馈电探针延长至馈电网络的微带线以连接各天线单元的天线与馈电网络的微带线，馈电探针与铜片地板无接触。本发明将天线阵列与馈电网络集成一体化，仅一个馈电端口，实现增益方向图‑58至62度波束扫描。

技术领域

本发明涉及天线领域，特别涉及一种天线阵列与馈电网络一体化的小型化集成相控阵天线及其设计方法。

背景技术

相控阵天线由多个相同的天线单元组成，通过控制天线单元的馈电相位，进而控制方向图波束扫描。相控阵天线主要分为天线阵列和馈电网络两部分。目前，市面上相控阵天线采用分离设计的思想，将相控阵天线的结构分离成两部分，再通过连接器或连接电缆将天线阵列和馈电网络两部分连接起来。由此设计出的相控阵天线，具有非常多的馈电端口，并且需要很多连接器和连接电缆，体积庞大，不利于小型化。

现有相控阵天线除了馈电网络和天线结构分离之外，在馈电网络设计中，经常采用已封装好的移相器和功分器，非常不利于集成一体化，也导致整体相控阵天线体积大，无法集成一体化。

发明内容

针对现有相控阵天线所存在的馈电网络与天线分离造成整体体积庞大、连接电缆数目众多的问题，本发明提供一种小型化集成相控阵天线及其设计方法，将天线阵列与馈电网络集成一体化，所形成的小型化相控阵天线仅一个馈电端口，且能够在4.9GHz频段工作，实现增益方向图-58至62度波束扫描，主极化与交叉极化隔离度＞30dB。

一方面，本发明小型化集成相控阵天线的技术方案为：小型化集成相控阵天线，包括天线阵列和馈电网络，天线阵列包括多个天线单元，天线单元为微带贴片天线，设置在第一介质片上；天线单元采用馈电探针的形式实现单端口馈电；

所述第一介质片的双面覆铜，其中顶层覆铜作为辐射天线，底层覆铜作为铜片地板；馈电探针的顶端与第一介质片的顶层覆铜连接，馈电探针穿过第一介质片，到达第一介质片底层的铜片地板处，并以馈电探针为中心在铜片地板设置孔作为隔离环；

馈电网络设置在第二介质片上，包括多个微带线结构和多个移相器芯片，其中一个微带线结构的多个输出端与所述多个移相器芯片的输入端一一对应连接，所述多个移相器芯片的输出端分别与其余微带线结构的输入端一一对应连接，从而将从所述一个微带线结构的输入端输入馈电网络的能量均等分配至所述其余微带线结构的输出端口；所述其余微带线结构的输出端口之间的间距，与天线阵列的天线单元之间的间距一致；

在第二介质片的顶面覆铜，形成微带线线路，在第二介质片的底面覆铜作为铜片地板；天线阵列的铜片地板与馈电网络的铜片地板面对面压合，并将天线单元的馈电探针延长至馈电网络的微带线，以馈电探针为中心在馈电网络的铜片地板设置一个孔作为隔离环，馈电探针与天线阵列的铜片地板、馈电网络的铜片地板均无接触。

在优选的实施例中，所述馈电探针为金属化孔，或者由金属化孔浇筑而成的实心金属圆柱。其中金属化孔是空心的，仅有金属外壁。

在优选的实施例中，天线单元之间的间距满足以下条件：避免天线单元之间的强耦合，且实现-58至62度宽角域方向图波束扫描。更优选地，天线单元之间的间距d＝33mm。

在优选的实施例中，天线阵列的铜片地板与馈电网络的铜片地板上，以馈电探针为中心设置的孔为圆孔。

另一方面，本发明小型化集成相控阵天线的设计方法，包括以下步骤：