[发明专利]一种加载铁电薄膜移相器的双频相控天线阵

说明书

本发明公开了一种加载铁电薄膜移相器的双频相控天线阵，包括介质基板、接地板、辐射贴片、微带馈电网络和BST薄膜移相器，所述辐射贴片设置为扇形结构，所述BST薄膜移相器包括信号线、BST铁电薄膜和叉指型电容，所述叉指型电容相对称的设置于信号线两侧形成有共面波导(CPW)结构，所述接地板对称设置于叉指型电容外侧，所述介质基板的厚度为280～320mm。本发明采用共面叉指型电容波导型BST铁电薄膜移相器，作为工作于15GHz与18GHz双频段天线阵列的移相单元。并改变原有矩形微带贴片天线阵，创新使用了1×4扇形微带贴片天线阵。借助电磁仿真软件HFSS进行整体建模仿真。通过模拟给定不同的偏置电场，调试天线阵辐射转向角实现天线阵±22°转向。

技术领域

本发明属于微波天线领域，具体涉及一种加载铁电薄膜移相器的双频相控天线阵。

背景技术

相控阵天线自出现以来就因其优越的电扫描特性而被广泛的应用于军事和民用通信系统。双频工作是微带天线设计的重要课题之一，相关设计包括使用多层金属片、具槽孔负载之矩形金属片、具矩形缺口的正方形金属片等。现有设计中大多采用切角、表面开槽、正交双馈等来实现双频工作。微带扇形天线可通过对矩形贴片的切角与导角来实现，它可以提供双频谐振点并极大的缩小天线的截面大小，便于实现天线阵的小型化。

移相器作为相控阵天线的一个重要器件，决定了每一个天线单元中信号相位形成的波束。传统的相控阵天线通常用铁氧体材料、半导体二极管或微机电系统来作为移相单元的开关器件，铁氧体移相器设计复杂且体积过大，半导体二极管移相器在微波频段功耗过大，微机电移相器开关速度慢，相位灵敏度低。因此介电调谐量高、相对损耗较低、开关速度快的钛酸锶钡(BST)铁电薄膜移相器引起了社会的广泛关注。使用该移相器的相控阵天线能大大地减少辐射单元、移相单元以及驱动电路的数量,从而大幅度的降低相控阵天线的制造成本，改善相控阵天线的性能。

现阶段，已有国内外研究人员将铁电厚膜移相器、波导移相器等小型化移相器应用至相控阵天线，但对基于铁电薄膜移相器的相控阵天线的研究较少，且天线的转向角度有限，大多局限于±10°以内。因此，提高铁电薄膜移相器的移相性能，并将其与天线阵进行阻抗匹配是本课题的研究重点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种加载铁电薄膜移相器的双频相控天线阵，本发明采用共面叉指型电容波导型BST铁电薄膜移相器，作为工作于15GHz与18GHz双频段天线阵列的移相单元。并改变原有矩形微带贴片天线阵，创新使用了1×4扇形微带贴片天线阵。借助电磁仿真软件HFSS进行整体建模仿真。通过模拟给定不同的偏置电场，调试天线阵辐射转向角实现天线阵±22°转向。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种加载铁电薄膜移相器的双频相控天线阵，包括介质基板、接地板、辐射贴片、微带馈电网络和BST薄膜移相器，所述辐射贴片设置为扇形结构，所述BST薄膜移相器包括信号线、BST铁电薄膜和叉指型电容，所述叉指型电容相对称的设置于信号线两侧形成有共面波导(CPW)结构，所述接地板对称设置于叉指型电容外侧，所述介质基板的厚度为280～320mm。

进一步的，所述介质基板由罗杰斯(Rogers RT/duroid5880)构成，其相对介电常数为2.2，厚度为0.25mm。

进一步的，所述辐射贴片的扇形结构的夹角为120°。

进一步的，所述天线阵为1×4的天线阵列。

进一步的，所述天线阵有±22°辐射转向角。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：