[发明专利]一种缝隙耦合角馈双极化微带天线装置

说明书

本发明涉及微波与天线技术领域，具体的说是一种可用于卫星遥感、导航、飞行器遥控遥测、移动通信、雷达探测等无线电系统中的缝隙耦合角馈双极化微带天线装置，其特征在于设有双层微波介质基板，其中方形贴片辐射器位于上层介质基板的上表面，并设有与方形贴片辐射器进行侧馈的微带线，上层介质基板的下表面为金属导电覆铜层，在金属导电覆铜层对应方形贴片辐射器侧馈的相邻边角的位置蚀刻出两个矩形缝隙，形成缝隙耦合的角馈激励结构；下层介质基板的下表面布置微带线对缝隙实施电磁耦合激励，本发明与现有技术相比，具有结构简单、成本低廉，具有较好的极化特性和方向图特性。

技术领域：

本发明涉及微波与天线技术领域，具体的说是一种可用于卫星遥感、导航、飞行器遥控遥测、移动通信、雷达探测等无线电系统中的缝隙耦合角馈双极化微带天线装置。

背景技术：

双极化天线是双极化电子系统的传感器装置，在实际工程中，双极化天线的设计十分关键。常用的双极化天线有双极化微带天线、双极化振子天线、双极化喇叭天线和双极化缝隙天线等。其中，双极化微带天线是一种常用的形式之一，由于其低剖面、低成本和灵活的性能，获得广泛应用。

微带天线的馈电方式有多种，例如微带线侧馈、同轴线底馈、缝隙耦合馈电、临近耦合馈电等。微带天线因为其固有的窄带宽的特点，导致其应用大大地受到限制。为了拓展微带天线的带宽，1984年，Pozar首次提出了缝隙耦合馈电微带天线，该天线隔离了馈电网络与辐射贴片，降低了馈电网络杂散波对辐射贴片的影响，克服了传统馈电方式带来的电感效应。角馈是一种新的微带贴片馈电方式。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种可用于卫星遥感、导航、飞行器遥控遥测、移动通信、雷达探测等无线电系统中的缝隙耦合角馈双极化微带天线装置。

本发明可以通过以下措施达到：

一种缝隙耦合角馈双极化微带天线装置，其特征在于设有双层微波介质基板，其中方形贴片辐射器位于上层介质基板的上表面，并设有与方形贴片辐射器进行侧馈的微带线，上层介质基板的下表面为金属导电覆铜层，在金属导电覆铜层对应方形贴片辐射器侧馈的相邻边角的位置蚀刻出两个矩形缝隙，形成缝隙耦合的角馈激励结构；下层介质基板的下表面布置微带线对缝隙实施电磁耦合激励。

本发明中还设有与侧馈的微带线相连接的阻抗调配枝节，以及调配用圆形谐振腔。

本发明中方形贴片的尺寸满足式(1)：式中:f_r为贴片谐振频率；a'为贴片的等效边长；ε_ef为等效相对介电常数。谐振电阻R_A与f_r、w_j及h有关，其经验公式为:

w_j及h满足谐振频率的计算值与测试值的误差最小。

本发明中馈电微带线与微带贴片呈现垂直正交的位置关系，可形成双极化的辐射场，与传统的同轴馈电或侧馈相比，缝隙耦合的主要优点是其馈电网络和无源辐射单元分别安置在两层介质板上，可以分别进行优化设计，并且辐射部分与馈线部分隔开，馈线的寄生辐射弱，便于大规模组阵；同时又有足够的带宽的隔离度，更容易形成双极化天线。微带缝隙天线可以看作是一条不连续结构的微带线。它包括一个理想变压器，一个辐射导纳和一条两端短路终止的缝隙线，其等效电路可用图5近似说明。对于微带线-槽线的电磁耦合机构，微带线和槽线分别位于介质基板的两侧，它们之间交叉放置，利用电磁耦合实现能量的转换；为了改善阻抗带宽，在微带线的末端加载圆形枝节，当适当调节微带线枝节和槽线末端尺寸参数的情况下，微带线-槽线的电磁耦合机构等效为一个变压器结构。

综上所述，本发明提出了一种采用缝隙耦合角馈双极化微带贴片天线结构，该天线采用双层微波电路基板层叠制成，结构简单、成本低廉，具有较好的极化特性和方向图特性。本发明设计的采用缝隙耦合角馈双极化微带贴片天线适合应用于卫星遥感、导航、飞行器遥控遥测、无线通信和雷达等电子系统中，重要较为重要的工程应用价值。