[发明专利]一种介质阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种介质阵列天线，属于无线电设备中天线领域。

背景技术

天线是无线电设备中的关键部件，它承担着能量转换功能和定向辐射（或接收）的功能，直接决定电磁能量在空间传输的效率，影响整个无线系统工作效果。随着现代通信技术的迅猛发展，对于天线的小型化、宽频带、低损耗等性能提出了更高的要求。在现有天线类型中，介质天线因其自身的优势而得到了广泛的关注和应用。介质天线中包含有一个或多个介质体组成天线的辐射单元，主要优点如下：

1.易于馈电，可以采用多种馈电方式，例如同轴探针馈电、微带线馈电、微带缝隙馈电、共面波导馈电、波导缝隙馈电等。

2.天线的体积较小。

3.由于不存在导体损耗和表面波损耗, 其辐射效率很高。

4.功率容量高。

由于以上优点，介质天线得到了广泛研究，国内外发展了多种原理和结构不同的介质天线，如：美国John D.Kraus撰写的天线领域权威著作《Antennas: For All Applications》的第17章中介绍了传统介质棒天线，该介质天线采用圆柱波导进行馈电，不便于组成阵列以获得更高的辐射效率；《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》2010年第58卷12期论文“Design of short axial length high gain dielectric rod antenna”介绍了由一种特殊的介质棒结构结成的介质天线，天线在中心频率5.6GHz处增益可达16.7 dBi，但该天线中介质棒结构复杂，不易于加工；《2ND EUROPEAN CONFERENCE ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 (EuCAP 2007)第1至5页论文“Analysis of dielectric resonator antenna arrays with supporting perforated rods”中提出了带有穿孔支杆的介质阵列天线，通过口径耦合微带线激励组成了并馈阵列，但是该天线中介质体辐射单元采用了正方形结构，天线的旁瓣和后瓣均比较大。特别是现有的绝大多数介质天线采用高介电常数介质，价格昂贵，不利于介质天线的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种介质阵列天线，其特点是采用价格低廉的低介电常数介质，结构简单、便于加工、微带馈电的介质阵列天线。

本发明由以下技术措施实现：

介质柱阵列天线采用介质柱作为天线辐射单元；为实现高增益，将多个介质柱按照一定的间距组成天线阵列；该阵列天线采用微带并联馈电网络对介质柱实现等幅同相馈电；微带并联馈电网络印刷在印刷电路板的介质层上；同轴线内导体穿过金属地层、介质层与微带并联馈电网络连接；同轴线外导体与金属地层连接；每个介质柱末端安装有金属套筒，金属套筒焊接在圆形金属贴片上，圆形金属贴片印刷在介质层上，金属套筒一方面对介质柱起固定作用，另一方面引导电磁能量传播到介质柱。

印刷电路板分为三层，上层为微带并联馈电网络，中间为介质层，下层为金属地层。

阵列天线的介质柱为介电常数低的聚四氟乙烯、聚乙烯、环氧树脂中的任一种。

阵列天线的微带并联馈电网络包括特性阻抗50Ω微带线、100Ω微带线和特性阻抗渐变微带线，特性阻抗50Ω微带线、100Ω微带线通过特性阻抗渐变微带线连接，微带线尾部与圆形金属贴片连接。

本发明具有如下优点： 

（1）采用结构简单的圆柱形介质柱作为天线的辐射单元，降低了天线的加工难度。

（2）介质柱采用价格低廉的聚四氟乙烯等低介电常数材料制作，节约了天线制作成本。

（3）介质柱通过微带并联馈电网络进行馈电，该馈电网络采用平板印刷技术，加工制作简便、精度高。

（4）天线能够实现高增益定向性辐射。

附图说明

图1为介质阵列天线结构示意图

图2为介质阵列天线侧视图

图3为介质阵列天线微带并联馈电网络正视图

1.介质柱，2.金属套筒，3.介质层，4. 金属地层，5.微带并联馈电网络， 6.同轴线，7.特性阻抗为50Ω的微带线，8. 特性阻抗为100Ω的微带线，9. 特性阻抗渐变的微带线，10.圆形金属贴片

图4为介质阵列天线的S11曲线图