阅读说明：本技术 一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列 (Broadband microstrip antenna array based on waveguide feed ) 是由 宋为佳 陈玲 孟春梅 于 2020-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列,涉及天线技术领域,包括天线罩、天线壳体、阵列天线辐射器以及微带波导转接结构,阵列天线辐射器包括层叠固定在一起的第一介质基板、第二介质基板和金属接地板,第一介质基板的下表面设置寄生贴片单元,第二介质基板的上表面设置辐射贴片单元和馈电网络,微带波导转接结构中的微带转波导电路板上表面的微带一端连接馈电网络、另一端伸入矩形波导的波导腔,两层不同的金属贴片可以产生不同的谐振频率,进而产生两个不同的谐振点,能够有效增大单元天线的阻抗带宽。(The invention discloses a broadband microstrip antenna array based on waveguide feed, which relates to the technical field of antennas and comprises an antenna cover, an antenna shell, an array antenna radiator and a microstrip waveguide switching structure, wherein the array antenna radiator comprises a first dielectric substrate, a second dielectric substrate and a metal ground plate which are fixedly stacked together, a parasitic patch unit is arranged on the lower surface of the first dielectric substrate, a radiation patch unit and a feed network are arranged on the upper surface of the second dielectric substrate, one end of a microstrip on the upper surface of a microstrip waveguide circuit board in the microstrip waveguide switching structure is connected with the feed network, the other end of the microstrip extends into a waveguide cavity of a rectangular waveguide, two layers of different metal patches can generate different resonant frequencies, so that two different resonant points are generated, and the impedance bandwidth of a unit antenna can be effectively increased.)

一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列。

背景技术

微带天线是应用最广泛的天线之一，它具有体积小、重量轻、低剖面、印刷成本低、易于批量生产等优点，目前已成为天线领域的研究热点之一。然而，微带天线阻抗带宽仅为2％～6％左右，较窄的带宽限制了它在很多场合的应用。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列，本发明的技术方案如下：

一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列，该宽带微带天线阵列包括天线罩、天线壳体、阵列天线辐射器以及微带波导转接结构，天线罩与天线壳体安装在一起，阵列天线辐射器固定安装在天线罩与天线壳体形成的内部腔体中；

阵列天线辐射器包括固定在一起的第一介质基板、第二介质基板、金属接地板，第一介质基板、第二介质基板、金属接地板从靠近天线罩一侧至靠近天线壳体一侧依次层叠设置，第一介质基板的下表面设置寄生贴片单元，第二介质基板的上表面设置辐射贴片单元和馈电网络，馈电网络的各个输出端分别连接各个辐射贴片单元的馈电端，第二介质基板的下表面为金属接地板，且寄生贴片单元与辐射贴片单元的设置位置一一相对；第一介质基板的上表面为靠近天线罩的一侧、下表面为靠近第二介质基板的一侧，第二介质基板的上表面为靠近第一介质基板的一侧、下表面为靠近天线壳体的一侧；

微带波导转接结构包括微带转波导电路板以及矩形波导，天线壳体开设有底部开口，矩形波导垂直安装于天线壳体安装于底部开口处；微带转波导电路板设置在天线罩与天线壳体形成的内部腔体中并平行于天线壳体设置于底部开口处，微带转波导电路板的靠近天线罩的一侧的上表面设置微带，微带的一端连接第二介质基板上的馈电网络的输入端、另一端垂直伸入矩形波导的波导腔内。

其进一步的技术方案为，阵列天线辐射器还包括层叠设置在第一介质基板和第二介质基板之间的空气泡沫层，空气泡沫层与两个介质基板固定在一起。

其进一步的技术方案为，空气泡沫层的介电常数为1、厚度为4mm。

其进一步的技术方案为，微带转波导电路板的上表面的微带的一端连接馈电网络、另一端通过扇形贴片匹配。

其进一步的技术方案为，微带转波导电路板的靠近矩形波导的下表面设置有回型缝隙。

其进一步的技术方案为，天线壳体内部在底部开口的外侧设置有隔离腔，微带转波导电路板置于隔离腔内，阵列天线辐射器置于隔离腔外，微带转波导电路板上表面的微带通过隔离腔上的窗口连接到第二介质基板的馈电网络。

其进一步的技术方案为，第二介质基板上表面的馈电网络为并联馈电的功分馈电网络，馈电网络将输入端的输入功率等分到各个辐射贴片单元的馈电端，馈电网络的输入端的微带线宽度为1.5mm。

其进一步的技术方案为，第一介质基板的下表面设置2*2阵列结构的寄生贴片单元，第二介质基板的上表面设置2*2阵列结构的辐射贴片单元。

其进一步的技术方案为，相邻的寄生贴片单元之间的间距为54mm，相邻的辐射贴片单元之间的间距为54mm。

其进一步的技术方案为，第一介质基板的材料为FR4，相对介电常数为4.4，厚度为0.508mm；第二介质基板的材料Rogers 5880，相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列，该宽带微带天线阵列中的阵列天线辐射器包括两层介质基板，两层介质基板上分别设置贴片单元，再由微带波导转接结构给阵列天线辐射器馈电，两层不同的金属贴片可以产生不同的谐振频率，进而产生两个不同的谐振点，能够有效增大单元天线的阻抗带宽。

另外阵列天线辐射器内部在两层介质基板之间还设置空气泡沫层，这一结构能够降低微带天线的Q值，增加天线的带宽，同时也增加了天线的增益。微带波导转接结构上表面设置扇形贴片进行匹配、下表面设置回型缝隙，这一结构能够进一步减小插损和展宽频带。该宽带微带天线阵列利用双层倒置形微带天线阵列，相比于常规的微带天线能够有效地提高阻抗带宽并且具有较高的天线增益。同时天线结构具有很好的对称性并且制作简单，微带波导转接结构与微带集成电路的兼容性很好，机械公差要求较低，插损较小且带宽较宽。

附图说明

图1是本申请的宽带微带天线阵列的结构***图。

图2是本申请中阵列天线辐射器的结构***图。

图3是本申请的微带转波导电路板的上表面结构示意图。

图4是本申请的微带转波导电路板的下表面结构示意图。

图5是本申请的宽带微带天线阵列的驻波图。

图6是本申请的宽带微带天线阵列的二维增益方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种基于波导馈电的宽带微带天线阵列，请参考图1，该宽带微带天线阵列包括天线罩1、天线壳体2、阵列天线辐射器3以及微带波导转接结构，其中微带波导转接结构至少包括微带转波导电路板4以及矩形波导5。

天线罩1与天线壳体2安装在一起并在内部形成腔体，阵列天线辐射器3固定安装在天线罩1与天线壳体2形成的内部腔体中，通常是通过螺钉固定在天线壳体2的内壁。天线罩1与天线壳体2分别位于阵列天线辐射器3的两侧进行保护、延长其使用寿命。

请参考图2，阵列天线辐射器3包括固定在一起的第一介质基板31、第二介质基板32、金属接地板33，第一介质基板31、第二介质基板32、金属接地板33从靠近天线罩1一侧至靠近天线壳体2一侧依次层叠设置。第一介质基板31的下表面设置若干个寄生贴片单元34。第二介质基板32的上表面设置若干个辐射贴片单元35，且寄生贴片单元34与辐射贴片单元35的设置位置一一相对。第二介质基板32的下表面即为金属接地板33。其中第一介质基板31的上表面为靠近天线罩1的一侧、下表面为靠近第二介质基板32的一侧，第二介质基板32的上表面为靠近第一介质基板31的一侧、下表面为靠近天线壳体2的一侧。两层不同的金属贴片可以产生不同的谐振频率，进而产生两个不同的谐振点，能够有效增大单元天线的阻抗带宽。

在本申请中，第一介质基板31的材料为FR4，相对介电常数为4.4，厚度为0.508mm。第二介质基板32的材料Rogers 5880，相对介电常数为2.2，厚度为0.508mm。第一介质基板31的下表面设置2*2阵列结构的矩形寄生贴片单元34且相邻的寄生贴片单元之间的间距为54mm。第二介质基板32的上表面设置2*2阵列结构的矩形辐射贴片单元35，且相邻的辐射贴片单元之间的间距为54mm。

第二介质基板32的上表面还设置馈电网络36，馈电网络36与辐射贴片单元35设置在第二介质基板32的同一侧，馈电网络36的各个输出端分别连接各个辐射贴片单元35的馈电端。在本申请中，馈电网络36为并联馈电的功分馈电网络，馈电网络36将输入端的输入功率等分到各个辐射贴片单元35的馈电端，馈电网络36的输入端的微带线宽度为1.5mm。

在本申请中，阵列天线辐射器3还包括层叠设置在第一介质基板31和第二介质基板32之间的空气泡沫层37，空气泡沫层37与两个介质基板固定在一起。空气泡沫层37的介电常数为1、厚度为4mm。空气泡沫层37能够降低微带天线的Q值、增加天线的带宽，同时也增加了天线的增益。

在实际应用时，第一介质基板31、第二介质基板32、金属接地板33和空气泡沫层37的四角分别设有相同大小的螺钉孔，方便进行定位固定。

天线壳体2开设有底部开口21，矩形波导5垂直安装于天线壳体2安装于底部开口21处。微带转波导电路板4设置在天线罩1与天线壳体2形成的内部腔体中并平行于天线壳体2设置于底部开口21处。请参考图3，微带转波导电路板4的靠近天线罩1的一侧的上表面设置微带41，微带41的一端连接第二介质基板32上的馈电网络36的输入端、另一端垂直伸入矩形波导5的波导腔内。进一步的，微带41的伸入矩形波导5的波导腔内的一端通过扇形贴片匹配。请参考图4，在本申请中，微带转波导电路板4的靠近矩形波导5的下表面设置有回型缝隙。扇形贴片和回型缝隙的结构能够进一步减小插损和展宽频带。

在实际应用时，天线壳体2内部在底部开口21的外侧设置有隔离腔，微带转波导电路板4置于隔离腔内，阵列天线辐射器3置于隔离腔外，微带转波导电路板4上表面的微带41通过隔离腔上的窗口连接到第二介质基板32的馈电网络36，隔离腔可以有效地屏蔽阵列天线辐射器3在工作时产生的高次模对微带转波导电路板4的影响。在本申请中，天线壳体2内部在底部开口21的外侧设置有凸起的隔离外壁22，隔离外壁22实际可以有若干个面直接由天线壳体2的侧壁实现，微带波导转接结构还包括腔体盖板6，腔体盖板6位于天线壳体2内部的底部开口21处并安装在隔离外壁22上形成隔离腔，阵列天线辐射器3与微带转波导电路板4之间的一侧的隔离外壁22上开设缺口作为隔离腔上的窗口，腔体盖板6通过螺钉可拆卸安装，方便进行匹配调试。

本申请的宽带微带天线阵列的驻波图请参考图5、二维增益方向图请参考图6，该宽带微带天线阵列的带宽在3.75GHz～4.25GHz范围的驻波内均小于2，阻抗带宽达到了12.5％，明显优于传统的微带阵列天线。该宽带微带天线阵列的增益为14.7dB，半功率波束宽度约为30°。由此可见此本申请的宽带微带天线阵列可以有效地提高阻抗带宽并且具有较高的天线增益。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。