宽带宽波束微带天线单元

摘要

本发明宽带宽波束微带天线单元，特征是采用小孔耦合与多层微带技术相结合，由四层长宽互相平行的矩形金属贴片之间夹三层介质层构成；第三层金属片接地，第四层金属片作为微带传输线，金属圆柱体不与接地金属片接触地穿过开在其中部的矩形小孔，其上端与第二层金属片相连接，下端与微带传输线相连接组成；所述第一、二层金属片的长宽，金属圆柱体的直径以及矩形小孔的长宽以及各层介质层的厚度、微带传输线的长度微带传输线的宽度根据用户所需的谐振频率要求计算得到，金属圆柱体穿过矩形小孔的位置根据谐振频率和匹配情况进行调整。本发明微带天线单元可达到频率3％～10％带宽内阵中单元驻波VSWR≤2.5，阵中单元波束宽度可达120度圆锥空域内增益起伏小于5dB。

主权项

1.一种宽带宽波束微带天线单元，其特征在于采用小孔耦合与多层微带技术相结合：由四层长宽分别互相平行的矩形金属贴片之间夹三层介电常数为1.07～2.2、厚度在0.2mm和2mm之间的介质层构成；第三层金属贴片为接地金属贴片(3)；第四层金属贴片作为微带传输线(4)；第二层金属贴片(2)的长边的长度比第一层金属贴片(1)的长边的长度长，且不超过第一层金属贴片(1)长边长度的1.4倍，第二层金属贴片(2)的宽边的长度比第一层金属贴片(1)的宽边的长度长，且不超过第一层金属贴片(1)宽边长度的1.3倍；以各矩形实体的长边方向为各自所在平面内的左右方向，使上述三层矩形金属贴片各自的左右方向的对称轴在接地金属贴片(3)所在平面上的投影重合，第一层金属贴片(1)和第二层金属贴片(2)在第三层接地金属贴片(3)上的投影矩形的右边的相对距离在第二层金属贴片(2)长度的20％以内，第二层金属贴片(2)和第三层金属贴片(3)的几何中心重合；根据下列公式计算确定特性阻抗为50欧姆的微带传输线(4)的宽度：式中，W为微带线的宽度，d、ε_r分别为介质厚度和介电常数，$A=\frac{5}{6}\sqrt{\frac{{ϵ}_r+1}{2}}+\frac{{ϵ}_r-1}{{ϵ}_r+1}(0.23+\frac{0.11}{{ϵ}_r}),$$B=\frac{377\pi }{100\sqrt{{ϵ}_r}};$矩形小孔6开在接地金属贴片(3)上，其右边与第二层金属贴片(2)在接地金属贴片(3)上的投影矩形的右边的距离为第二层金属贴片(2)的长度的4％～6％；采用金属圆柱体(5)不与接地金属贴片(3)接触地穿过开在其上的矩形小孔(6)，金属圆柱体(5)的上端与第二层金属贴片(2)相连接，下端与正方形微带贴片(10)相连接，该正方形微带贴片(10)的四边和金属圆柱体(5)底面的圆形边界相切，并与特性阻抗为50欧姆的微带传输线(4)相连接；金属圆柱体(5)的半径取值范围介于第二层金属贴片(2)长度的9％～10％之间，在固定圆柱的半径后，矩形小孔(6)的长度取金属圆柱体(5)的半径的2.2～3.2倍之间，矩形小孔(6)的宽度介于金属圆柱体(5)的半径的2.2～3.2倍之间；金属圆柱体(5)在接地金属贴片(3)所在平面上的投影圆的圆心与矩形小孔(6)的两个长边的距离相同；对该圆心与矩形小孔(6)的两个宽边的距离进行微调至谐振频率和匹配情况均达到用户的要求；根据下面的修正公式来计算微带天线单元第二层金属贴片(2)的长度和宽度：长度宽度式中c为光速3×10⁸m/s，f_r为用户的频率，ε_re是用户所使用介质的有效介电常数，k1、k2是由于加载金属圆柱(5)后引入的结构修正系数，其值取0.45～0.55。