申请/专利权人：中国电子科技集团公司第五十四研究所

申请日：2019-02-27

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109672021B

主分类号：H01Q1/38

分类号：H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q15/24;H01Q19/02;H01Q21/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.05.17#实质审查的生效;2019.04.23#公开

摘要：本发明公开了一种背腔缝隙耦合贴片天线，涉及通信、测控和雷达技术领域。其包括辐射层、馈电网络层、背腔层和射频接插件；辐射层上表面敷刻有两个圆形耦合贴片，馈电网络层的金属敷铜层上具有矩形缝隙和两个月牙型缝隙，微波介质板的下表面设有微带馈线，微带馈线的一端与射频接插件的内导体连接，另一端穿过矩形缝隙在微波介质板下表面上的投影区域，构成终端开路的无耗开路线；背腔层内设有两个椭圆台形腔体，椭圆台形腔体的上底面大于下底面，两个椭圆台形腔体之间设有用于屏蔽微带馈线上射频信号的沟槽。本发明具有驻波带宽宽、轴比带宽宽的特点，可用于通信、测控系统中飞行器载体的高性能低轮廓圆极化天线。

主权项：1.一种背腔缝隙耦合贴片天线，包括从上至下设置的辐射层1、馈电网络层2、背腔层3和射频接插件4；其特征在于，所述辐射层1为下表面无敷铜层的微波印制板，所述微波印制板的上表面敷刻有两个圆形耦合贴片5，微波印制板借助馈电网络层2与辐射层1之间的支撑介质柱进行支撑，辐射层1和馈电网络层2之间为空气介质填充；所述馈电网络层2包括微波介质板6以及设于微波介质板上表面的金属敷铜层7，所述金属敷铜层7上具有矩形缝隙8和对应于两个圆形耦合贴片5的两个月牙型缝隙9，两个月牙型缝隙9相对于馈电网络层2的中心呈中心对称，所述月牙型缝隙9的轮廓由凸向相同的大小两个圆弧构成，所述矩形缝隙8的中心与馈电网络层2的中心重合，矩形缝隙8的一端恰好与一个月牙型缝隙的一个尖端连通，另一端恰好与另一个月牙型缝隙的一个尖端连通；所述微波介质板6的下表面设有微带馈线10，微带馈线10的延伸方向与矩形缝隙8的延伸方向正交，微带馈线10的一端与射频接插件4的内导体连接，另一端穿过矩形缝隙8在微波介质板6下表面上的投影区域，构成终端开路的无耗开路线；所述背腔层3内设有对应于两个圆形耦合贴片5的两个椭圆台形腔体11，椭圆台形腔体11的上底面大于下底面，两个椭圆台形腔体之间设有用于屏蔽微带馈线10上射频信号的沟槽12。

全文数据：一种背腔缝隙耦合贴片天线技术领域本发明涉及通信、测控和雷达技术领域，特别是指一种背腔缝隙耦合贴片天线。背景技术当前，在海洋通信、测控系统中广泛应用圆极化天线，其具有抗干扰，抑制电磁波多径效应的特点。圆极化天线主要有以下几种结构形式，在性能上虽各有特点，但均存在某些不足：1、切角圆极化微带天线，该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2%。2、外接圆极化电桥的圆极化微带天线形式，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽通常其小于3dB轴比带宽大于15%，小于2的驻波带宽大于20%，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化设计。3、波导结构圆极化天线，该形式的辐射效率高、轴比小于3dB的带宽大于20%，但是馈电网络占用空间较大、结构笨重，不利于天线低轮廓设计。发明内容本发明目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种背腔缝隙耦合贴片天线，该天线采用网络一体化设计，具有轴比带宽宽、结构紧凑、辐射效率高的特点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种背腔缝隙耦合贴片天线，包括从上至下设置的辐射层1、馈电网络层2、背腔层3和射频接插件4；所述辐射层1为下表面无敷铜层的微波印制板，所述微波印制板的上表面敷刻有两个圆形耦合贴片5；所述馈电网络层2包括微波介质板6以及设于微波介质板上表面的金属敷铜层7，所述金属敷铜层7上具有矩形缝隙8和对应于两个圆形耦合贴片5的两个月牙型缝隙9，两个月牙型缝隙9相对于馈电网络层2的中心呈中心对称，所述月牙型缝隙9的轮廓由凸向相同的大小两个圆弧构成，所述矩形缝隙8的中心与馈电网络层2的中心重合，矩形缝隙8的一端恰好与一个月牙型缝隙的一个尖端连通，另一端恰好与另一个月牙型缝隙的一个尖端连通；所述微波介质板6的下表面设有微带馈线10，微带馈线10的延伸方向与矩形缝隙8的延伸方向正交，微带馈线10的一端与射频接插件4的内导体连接，另一端穿过矩形缝隙8在微波介质板6下表面上的投影区域，构成终端开路的无耗开路线；所述背腔层3内设有对应于两个圆形耦合贴片5的两个椭圆台形腔体11，椭圆台形腔体11的上底面大于下底面，两个椭圆台形腔体之间设有用于屏蔽微带馈线10上射频信号的沟槽12。具体的，所述月牙型缝隙9的大圆弧所在圆直径为，小圆弧所在圆直径为，两个月牙型缝隙9大圆弧圆心的连线与所述矩形缝隙8的延伸方向平行，馈电网络层中心、大圆弧圆心和小圆弧圆心顺次连接所构成的夹角为锐角，两个月牙型缝隙9大圆弧圆心之间的距离为，为天线中心频率的对应波长。具体的，所述的椭圆台形腔体11的高为，上底面长轴为，短轴为，下底面长轴为，短轴为，椭圆台形腔体11的底面长轴与矩形缝隙8的延伸方向平行，椭圆台形腔体11的中轴线经过对应月牙型缝隙9的大圆弧圆心以及对应圆形耦合贴片5的圆心，所述沟槽12的槽深小于或等于3mm并大于或等于2mm。本发明与背景技术比较有如下优点：1、本发明天线包括辐射层、馈电网络层、背腔层和射频接插件，馈电网络层的金属敷铜层上具有矩形缝隙和月牙型缝隙，背腔层内设有椭圆台形腔体。该天线结构新颖、简单、紧凑，可以满足宽带圆极化辐射要求。2、本发明天线采用天线与网络一体化设计，可作为阵列天线的子阵列，适用于要求圆极化天线的通信系统中。3、本发明天线为圆极化天线形式，能在宽频带内产生高质量的圆极化定向波束。通过对天线结构参数的特别设定，可使本天线小于3dB轴比带宽大于27.5%，小于2dB的驻波带宽大于30%。总之，本天线实现了高效率、展宽圆极化辐射带宽等技术难题，为一种新的天线形式，适合应用于要求圆极化辐射天线的海洋通信、测控系统中。附图说明图1是本发明实施例中天线的分层结构示意图；图2是图1中馈电网络层的结构示意图；图3是图1中背腔层的结构示意图；图4是图1中“月牙型”缝隙的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。如图1～3所示，一种背腔缝隙耦合贴片天线，包括从上至下设置的辐射层1、馈电网络层2、背腔层3和射频接插件4；所述辐射层1为下表面无敷铜层的微波印制板，所述微波印制板的上表面敷刻有两个圆形耦合贴片5；所述馈电网络层2包括微波介质板6以及设于微波介质板上表面的金属敷铜层7，所述金属敷铜层7上具有矩形缝隙8和对应于两个圆形耦合贴片5的两个月牙型缝隙9，两个月牙型缝隙9相对于馈电网络层2的中心呈中心对称，所述月牙型缝隙9的轮廓由凸向相同的大小两个圆弧构成（结构如图4所示，大圆弧为大圆13的一部分，小圆弧为小圆14的一部分），所述矩形缝隙8的中心与馈电网络层2的中心重合，矩形缝隙8的一端恰好与一个月牙型缝隙的一个尖端连通，另一端恰好与另一个月牙型缝隙的一个尖端连通；所述微波介质板6的下表面设有微带馈线10，微带馈线10的延伸方向与矩形缝隙8的延伸方向正交，微带馈线10的一端与射频接插件4的内导体连接，另一端穿过矩形缝隙8在微波介质板6下表面上的投影区域，构成终端开路的无耗开路线；所述背腔层3内设有对应于两个圆形耦合贴片5的两个椭圆台形腔体11，椭圆台形腔体11的上底面大于下底面，两个椭圆台形腔体之间设有用于屏蔽微带馈线10上射频信号的沟槽12。具体的，所述月牙型缝隙9的大圆弧所在圆直径为，小圆弧所在圆直径为，两个月牙型缝隙9大圆弧圆心的连线与所述矩形缝隙8的延伸方向平行，馈电网络层中心、大圆弧圆心和小圆弧圆心顺次连接所构成的夹角为锐角θ（如图4所示），两个月牙型缝隙9大圆弧圆心之间的距离为，为天线中心频率的对应波长。具体的，所述的椭圆台形腔体11的高为，上底面长轴为，短轴为，下底面长轴为，短轴为，椭圆台形腔体11的底面长轴与矩形缝隙8的延伸方向平行，椭圆台形腔体11的中轴线经过对应月牙型缝隙9的大圆弧圆心以及对应圆形耦合贴片5的圆心，所述沟槽12的槽深小于或等于3mm并大于或等于2mm，例如，沟槽12的槽深可以为2mm、2.5mm或3mm。上述实施例中，辐射层1为单层微波介质板结构，单层微波介质板结构借助馈电网络层2与辐射层1之间的支撑介质柱进行支撑（支撑结构为本领域的公知常识，图1中没有示出），辐射层1和馈电网络层2之间为空气介质填充，圆形耦合贴片5经空气介质耦合缝隙的能量，从而展宽天线的阻抗带宽，并将电磁信号辐射到自由空间。“月牙型”缝隙9的作用是在缝隙结构中激励起圆极化电磁波，中心对称的设置方式可使腔体中的旋转场正交分量的相位差在相当宽的频带内趋于恒定，从而实现较宽的轴比带宽，达到较好的圆极化辐射特性。在微波介质板6的下表面设置有微带馈线10，其特性阻抗为50Ω，馈线10的延伸方向与矩形缝隙8的延伸方向正交，二者分别置于微波介质板6的上、下表面，其作用是在矩形缝隙8上激励起电磁信号，并将电磁能量等功率的输送到两个“月牙型”缝隙9，馈线的一端与射频接插件的内导体通过焊接方式实现电接触，另一端一直延伸经过矩形缝隙8在微波介质板6下表面的投影区域，形成终端开路线，通过优化其电长度可以调节电磁信号的频点的谐振位置，使天线达到最佳的阻抗匹配设计。馈电网络层2的下方设置有背腔层3，背腔层可采用铝材长方体结构，其上设置有两个椭圆台形腔体结构，两椭圆台形腔体之间设置有沟槽12，沟槽12位于微带馈线10的正下方，起电磁屏蔽的作用。背腔层3的作用是使天线实现高性能定向辐射，展宽天线的阻抗带宽，抑制天线的后向辐射，同时保证了天线的电磁兼容特性，在特殊的载体上可实现嵌入式安装。背腔层下表面固定有射频接插件4，其内导体与馈线10连接，外导体与背腔层共地。本发明的工作原理如下：当天线发射信号时，发射机发射信号，输入射频接插件4，信号经由微带馈线10在矩形缝隙8上激励起电磁信号，并将电磁能量等功率的输送到两个“月牙型”缝隙9，“月牙型”缝隙9在缝隙结构中激励起圆极化电磁波，该电磁波通过空气耦合到耦合贴片5，并由其辐射到自由空间。当天线接收信号时，圆极化电磁波在耦合贴片5产生谐振，并通过空气耦合到两个“月牙型”缝隙9上，经由矩形缝隙8实现能量功率合成，最后能量汇聚在微带馈线10上，由射频接插件4输送给接收机。总之，本发明为圆极化天线结构，其根据通信和测控领域对极化纯度和安装空间的要求进行了特别设计，具有驻波带宽宽、轴比带宽宽、轮廓低、尺寸小、易共形的特点，可用于通信、测控系统中飞行器载体的高性能低轮廓圆极化天线。

权利要求：1.一种背腔缝隙耦合贴片天线，包括从上至下设置的辐射层（1）、馈电网络层（2）、背腔层（3）和射频接插件（4）；其特征在于，所述辐射层（1）为下表面无敷铜层的微波印制板，所述微波印制板的上表面敷刻有两个圆形耦合贴片（5）；所述馈电网络层（2）包括微波介质板（6）以及设于微波介质板上表面的金属敷铜层（7），所述金属敷铜层（7）上具有矩形缝隙（8）和对应于两个圆形耦合贴片（5）的两个月牙型缝隙（9），两个月牙型缝隙（9）相对于馈电网络层（2）的中心呈中心对称，所述月牙型缝隙（9）的轮廓由凸向相同的大小两个圆弧构成，所述矩形缝隙（8）的中心与馈电网络层（2）的中心重合，矩形缝隙（8）的一端恰好与一个月牙型缝隙的一个尖端连通，另一端恰好与另一个月牙型缝隙的一个尖端连通；所述微波介质板（6）的下表面设有微带馈线（10），微带馈线（10）的延伸方向与矩形缝隙（8）的延伸方向正交，微带馈线（10）的一端与射频接插件（4）的内导体连接，另一端穿过矩形缝隙（8）在微波介质板（6）下表面上的投影区域，构成终端开路的无耗开路线；所述背腔层（3）内设有对应于两个圆形耦合贴片（5）的两个椭圆台形腔体（11），椭圆台形腔体（11）的上底面大于下底面，两个椭圆台形腔体之间设有用于屏蔽微带馈线（10）上射频信号的沟槽（12）。2.根据权利要求1所述的背腔缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述月牙型缝隙（9）的大圆弧所在圆直径为，小圆弧所在圆直径为，两个月牙型缝隙（9）大圆弧圆心的连线与所述矩形缝隙（8）的延伸方向平行，馈电网络层中心、大圆弧圆心和小圆弧圆心顺次连接所构成的夹角为锐角，两个月牙型缝隙（9）大圆弧圆心之间的距离为，为天线中心频率的对应波长。3.根据权利要求2所述的背腔缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述的椭圆台形腔体（11）的高为，上底面长轴为，短轴为，下底面长轴为，短轴为，椭圆台形腔体（11）的底面长轴与矩形缝隙（8）的延伸方向平行，椭圆台形腔体（11）的中轴线经过对应月牙型缝隙（9）的大圆弧圆心以及对应圆形耦合贴片（5）的圆心，所述沟槽（12）的槽深小于或等于3mm并大于或等于2mm。

百度查询： 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种背腔缝隙耦合贴片天线

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