[发明专利]一种X波段的圆极化天线阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种X波段的圆极化天线阵列，属于通信技术领域。

背景技术

在现代无线应用系统中，单纯线极化天线已很难满足需求，而圆极化天线以其抗多径干扰的优点被广泛应用于射频识别阅读器、卫星导航、遥感遥测、雷达、电子侦察与电子干扰等方面。随着现代无线通讯技术的迅猛发展，圆极化天线被要求满足更多新的性能指标。由于射频电路不断小型化、高集成化的发展要求，促使圆极化天线向小型化、高增益、宽频带工作发展的需要日益紧迫。研究并设计小型化、高增益、宽频带天线具有十分积极的意义和工程应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种X波段的圆极化天线阵列，在保证圆极化性能的同时达到小型化、易加工、高增益、宽频带等要求，通过将天线单元的性能优化、天线阵列的馈电网络的合理匹配，保证了阵列性能的优异。

为解决上述技术问题，本发明提供一种X波段的圆极化天线阵列，其特征是，所述阵列由多个相同的天线单元排列而成，所述天线单元包括天线单元贴片，所述天线单元贴片覆盖在FR4基板上，所述FR4基板的的下层敷有地板层，所述地板层的下方为罗杰斯基板，在罗杰斯基板的下层设置有馈电网络，所述馈电网络与天线单元贴片之间通过同轴线贯穿FR4基板、地板层、罗杰斯基板进行连接。

进一步地，所述天线单元贴片为正方形，所述天线单元贴片的一角被挖去圆角，所述圆角的圆心位于天线单元贴片的对角线上。

进一步地，所述天线单元贴片的尺寸为6.5mm×6.5mm。

进一步地，所述圆角的半径为1.6mm。

进一步地，所述阵列由16个相同的天线单元形成4×4的排列方式。

进一步地，所述天线单元贴片、地板层、馈电网络和同轴线的材质均为铜。

进一步地，所述FR4基板的体积为56mm×56mm×1.6mm，材质为环氧玻璃纤维板。

进一步地，所述罗杰斯基板的型号为RO4003C，材质为碳氢化合物陶瓷板。

进一步地，所述同轴线的半径为0.5mm。

进一步地，所述地板层在同轴线贯穿的圆面设有半径为1.5mm的同心圆孔。

本发明所达到的有益效果：

（1）天线单元结构简单、天线阵列体积小、易于加工等实际优点，适用于当前射频电路不断小型化、高集成的要求。

（2）天线阵列性能优异，满足当前对圆极化天线要求高增益、宽频带等性能指标。

（3）天线阵列应用范围广，可以用在卫星导航、雷达对抗、射频接收机等多个方面。

（4）馈电网络与天线单元贴片之间通过同轴线贯穿FR4基板、地板层、罗杰斯基板进行连接，达到对天线阵列进行馈电的效果 。

（5）FR4基板层是决定天线贴片的辐射性能的因素之一，辐射性能包括S参数、增益、轴比等。FR4基板与天线贴片构成整个单元天线结构，基板介电常数过小会使得天线尺寸增大，不利于天线阵列的小型化，而过大的介电常数会使得天线尺寸减小，不利于天线实物的加工制作，加大制作成本，本发明FR4基板的介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。罗杰斯基板层影响天线阵列整体的辐射性能，板材介电常数过大会使天线阵列整体增益变小，达不到高增益的要求；而过小的介电常数会使馈电网络的馈线变窄，进而增大天线阵列的损耗，降低阵列增益，且增大加工难度与制作成本，本发明罗杰斯基板的介电常数为3.55,损耗角正切为0.0027。

（6）天线单元贴片的一角被挖去圆角后，可实现天线的圆极化性能。圆角的圆心位置位于天线贴片的对角线上，圆心位置的改变影响天线贴片的圆极化效果。将圆心位置由贴片顶角沿对角线移动的过程中，天线贴片的轴比AR<3dB的带宽先增大后减小，在图3中描述的位置能够达到最好的圆极化效果。

附图说明

图1是天线阵列主视图；

图2是天线单元主视图；

图3是天线单元尺寸图，单位mm；

图4是天线贴片层尺寸图，单位mm；

图5是馈电网络层尺寸图，单位mm；

图6是天线单元的回波损耗；

图7是天线单元轴比；

图8是天线单元的增益；

图9是天线单元在10GHz时的方向图；

图10是天线阵列的回波损耗；

图11是天线阵列的轴比；

图12是天线阵列的增益 ；

图13是天线阵列在10GHz的方向图。

具体实施方式