[发明专利]基于耦合馈电的微带天线单元设计方法

说明书

本发明公开了一种基于耦合馈电的微带天线单元设计方法，主要解决现有微带天线性能低和工艺难实现的问题。其方案是：根据微带天线设计和工艺要求，确定天线基板、辐射贴片、耦合馈线、接地板的材料与微带天线基本结构，根据设计要求与材料参数，确定主辐射贴片和十字形耦合馈电缝隙的尺寸；在三维高频电磁场仿真软件中为微带天线基本结构添加辐射边界和端口激励，设置仿真频率、网格和扫频参数，并对其进行仿真；将仿真结果与设计要求对比，调整天线尺寸并对微带天线添加调谐支路、反射板、空气腔和寄生辐射贴片，以满足设计需求，确定出最终微带天线结构。本发明提高微带天线的增益和带宽，降低其工艺实现难度，可用于通信系统与雷达系统。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种微带天线单元的设计方法，可用于通信系统与雷达系统。

背景技术

最近几十年来，随着现代加工工艺技术的发展，渐渐形成了以微带天线为代表的新型平面天线。微带天线有诸多的优点，如：低廉的成本，易于量产，低质量，小尺寸，低剖面，可以应用于双极化，多频带，多波束等多种环境。

微带天线作为通信系统的一部分，在通信领域里有着重要地位，在许多领域都有十分广泛的应用，如无线电通信、卫星通讯、无线遥感、自动监测系统、导弹遥感控制、无线电控制、水文环境监测系统、雷达的馈电单元系统、GPS卫星导航系统等。

现有微带天线的馈电方式大多采用侧馈或同轴馈电，这两种馈电结构虽然较为简单，但由于同轴馈电微带天线需要在介质板上设计金属通孔，在工艺上实现难度较高。侧馈微带天线由于受微带线耦合影响，增益低，难以满足日渐提高的天线性能要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提供一种基于耦合馈电的微带天线单元设计方法，以提高微带天线单元的增益和带宽，降低其工艺实现难度。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

1、一种基于耦合馈电的微带天线单元设计方法，其特征在于，包括如下：

1)根据微带天线的设计要求以及工艺加工难度，确定天线基板、辐射贴片、耦合馈线与接地板的材料；

2)确定微带天线的基本结构：即从上到下依次是：主辐射贴片、第一层天线基板、十字型耦合缝隙的接地板、第二层天线基板和耦合馈线；

3)根据天线基板材料的参数与微带天线的设计要求，确定主辐射贴片的宽W和长L：

其中：c为光在真空中的传播速度，ε_r为基板材料的相对介电常数，f为微带天线的工作频率，λ_g为基板材料内的导波波长，ΔL为等效缝隙辐射长度；

4)根据主辐射贴片的尺寸，确定十字形耦合馈电缝隙的初始长度a和宽度b：

a＝W/2，b＝a/10；

5)根据微带天线的基本结构、主辐射贴片的尺寸和十字形耦合馈电缝隙尺寸，在三维高频电磁场仿真软件HFSS中，为微带天线的基本结构添加辐射边界和端口激励；

6)根据微带天线的工作频率和精度要求，在三维高频电磁场仿真软件HFSS中，设置仿真频率、自适应网格最大迭代次数、收敛误差、扫频频率范围和扫描频率步进，并对微带天线单元模型进行仿真；

7)根据仿真得出的回波损耗曲线、增益图和Smith圆图，将仿真结果与微带天线的设计要求进行对比，在三维高频电磁场仿真软件HFSS中，不断调整天线十字形耦合缝隙的长度、宽度以及添加调谐支路，进行初步优化；

8)在三维高频电磁场仿真软件HFSS中，对初步优化后尚未达标的微带天线添加相应的结构，直到满足性能需求，得到设计好的微带天线结构。