一种低耦合宽频带径向线缝隙天线发明专利

专利名称：一种低耦合宽频带径向线缝隙天线

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210814602.5

专利申请（专利权）人：南阳师范学院
权利人地址：河南省南阳市卧龙区卧龙路1638号

专利发明（设计）人：发明人:王逸芳,黄河涛,徐安凤,程葛飞

专利摘要：本发明涉及无线卫星通信技术领域，尤其涉及一种低耦合宽频带径向线缝隙天线，采用在上层腐蚀雕刻螺旋线缝隙阵列的方法，并按切比雪夫分布布置前四圈中的缝隙长度，最后一圈缝隙长度通过优化用来修正方向图，从而获得较好的低副瓣笔束状的方向图，同时由于同一圈层相邻缝隙单元间距0.5λg，保证了相邻缝隙之间耦合最低，缝隙间距更加密集，有利于排布更多的缝隙以增加辐射效果，最后改变同轴探针插入介质板的深度和最后一圈缝隙长度来调整天线的输入回波损耗和宽带谐振点，经过实验数据证实，在11GHz‑13.7GHz的S11小于‑20dB，本发明相对带宽超过21.8％，实现了较好的宽带性能。

主权利要求：
1.一种低耦合宽频带径向线缝隙天线，其特征在于，包括金属缝隙阵列、介质板、金属地面和同轴接头，所述金属缝隙阵列、所述介质板和所述金属地面从上至下依次排列，并均呈等大圆盘状设置，所述同轴接头设置在所述金属地面下端的圆心位置处；
所述金属缝隙阵列为上表面腐蚀雕刻有螺旋线缝隙阵列的金属板，所述金属地面为下表面剔除掉半径2.03mm圆形的金属板，所述金属缝隙阵列和所述金属地面的厚度均为
0.035mm；
所述金属缝隙阵列上设置有5圈螺旋线缝隙，螺旋线从圆心向外延伸，前4圈中的缝隙长度服从切比雪夫分布，最后一圈的缝隙长度通过阻抗匹配和方向图修正后确定。
2.如权利要求1所述的低耦合宽频带径向线缝隙天线，其特征在于，同一圈层内相邻的缝隙的中心间距为0.5λg。
3.如权利要求1所述的低耦合宽频带径向线缝隙天线，其特征在于，所述介质板采用F4BM220板材，高度为4mm，半径为130mm，介质板介电常数为2.2和介质损耗角正切值为0.001。
4.如权利要求1所述的低耦合宽频带径向线缝隙天线，其特征在于，所述同轴接头使用SMA接头，电阻值50欧，探针长度3.6mm。
5.如权利要求4所述的低耦合宽频带径向线缝隙天线，其特征在于，所述介质板的中心开设有一个半径为0.62mm，深度为3.6mm的孔，所述探针嵌设在孔内，所述探针周围半径2.03mm的圆形范围内无金属板。 说明书 : 一种低耦合宽频带径向线缝隙天线技术领域[0001] 本发明涉及无线卫星通信技术领域，尤其涉及一种低耦合宽频带径向线缝隙天线。背景技术[0002] 在小型卫星、车载雷达、机载天线等应用中，需要天线具有低副瓣特性能抑制非主瓣范围内的干扰。Ku波段频率高、频带宽、信号容量大、所需较小口径的接收天线就能获得满意的图像质量，从而可有效的降低接收成本，方便个体接收。径向线缝隙天线常用于Ku波段，并具有高增益、低剖面、低副瓣和易于集成等优良性能，被广泛应用于船载、机载和卫星等上述场合中。但这种天线的相对带宽较窄，而且缝隙间的耦合影响了天线设计精度。发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种低耦合宽频带径向线缝隙天线，旨在解决现有技术中的径向线缝隙天线带宽窄、缝隙间耦合较大的技术问题。[0004] 为实现上述目的，本发明采用的一种低耦合宽频带径向线缝隙天线，包括金属缝隙阵列、介质板、金属地面和同轴接头，所述金属缝隙阵列、所述介质板和所述金属地面从上至下依次排列，并均呈等大圆盘状设置，所述同轴接头设置在所述金属地面下端的圆心位置处。[0005] 其中，所述金属缝隙阵列为上表面腐蚀雕刻有螺旋线缝隙阵列的金属板，所述金属地面为下表面剔除掉半径2.03mm圆形的金属板，所述金属缝隙阵列和所述金属地面的厚度均为0.035mm。[0006] 其中，所述金属缝隙阵列上设置有5圈螺旋线缝隙，螺旋线从圆心向外延伸，前4圈中的缝隙长度服从切比雪夫分布，最后一圈的缝隙长度通过阻抗匹配和方向图修正后确定。[0007] 通过改变前4圈中的缝隙长度，实现每圈辐射功率大小服从切比雪夫分布，有利于降低天线方向图的副瓣。[0008] 其中，同一圈层内相邻的缝隙的中心间距为0.5λg，使其同一圈层缝隙耦合近似为0，并且有效增加缝隙排布个数，减少终端反射波，有利于天线带宽的拓宽。[0009] 其中，所述介质板采用F4BM220板材，高度为4mm，半径为130mm，介质板介电常数为2.2和介质损耗角正切值为0.001。[0010] 其中，所述同轴接头使用SMA接头，电阻值50欧，探针长度3.6mm。[0011] 其中，所述介质板的中心开设有一个半径为0.62mm，深度为3.6mm的孔，所述探针嵌设在孔内，所述探针周围半径2.03mm的圆形范围内无金属板。[0012] 本发明提供了一种低耦合宽频带径向线缝隙天线，采用在上层腐蚀雕刻螺旋线缝隙阵列的方法，并按切比雪夫分布布置前四圈中的缝隙长度，最后一圈缝隙长度通过优化用来修正方向图，从而获得较好的低副瓣笔束状的方向图，同时由于同一圈层相邻缝隙单元间距0.5λg，保证了相邻缝隙之间耦合最低，缝隙间距更加密集，有利于排布更多的缝隙以增加辐射效果，最后改变同轴探针插入介质板的深度和最后一圈缝隙长度来调整天线的输入回波损耗和宽带谐振点，经过实验数据证实，在11GHz‑13.7GHz的S11小于‑20dB，本发明相对带宽超过21.8％，实现了较好的宽带性能。附图说明[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0014] 图1是本发明提供的一种低耦合宽频带径向线缝隙天线的俯视图。[0015] 图2是本发明提供的一种低耦合宽频带径向线缝隙天线的结构示意图图。[0016] 图3是本发明提供的一种低耦合宽频带径向线缝隙天线的底面馈电部分结构示意图。[0017] 图4是本发明提供的具体实施例的天线反射系数示意图。[0018] 图5是本发明提供的具体实施例的天线轴比参数示意图。[0019] 图6是本发明提供的具体实施例的增益方向图参数示意图。[0020] 1‑金属缝隙阵列、2‑介质板、3‑金属地面、4‑同轴接头、5‑探针。具体实施方式[0021] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0022] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。[0023] 请参阅图1至图3，本发明提供了一种低耦合宽频带径向线缝隙天线，包括金属缝隙阵列1、介质板2、金属地面3和同轴接头4，所述金属缝隙阵列1、所述介质板2和所述金属地面3从上至下依次排列，并均呈等大圆盘状设置，所述同轴接头4设置在所述金属地面3下端的圆心位置处。[0024] 具体的，本发明提供了一个具体的实施例：[0025] 所述介质板2采用F4BM220板材，高度为4mm，半径为130mm，介质板2介电常数为2.2和介质损耗角正切值为0.001，工作中心频率是12GHz，对应的波导波长为16.85mm。[0026] 所述金属缝隙阵列1为上表面腐蚀雕刻有螺旋线缝隙阵列的金属板，所述金属地面3为下表面剔除掉半径2.03mm圆形的金属板，所述金属缝隙阵列1和所述金属地面3的厚度均为0.035mm。[0027] 如图1所示，所述金属缝隙阵列1上设置有5圈螺旋线缝隙，螺旋线从圆心向外延伸，“人”字圆极化缝隙单元按照螺旋线形式排布成5圈，每圈径向间距16.86mm(1.0λg),同一圈层相邻缝隙中心间距8.43mm(0.5λg)，前4圈辐射功率按照切比雪夫分布，第5圈用来调节匹配和降低副瓣。[0028] 进一步具体的，本实施例中的切比雪夫分布系数为3.1：2.6：1.7：1，经过计算得第一圈缝隙长度是8.19mm，第二圈缝隙长度是8.6mm，第三圈缝隙长度是8.53mm，第四圈缝隙长度是8.3mm，最后一圈经仿真优化得到缝隙长度为8.3mm。[0029] 本实施例中的所述同轴接头4使用SMA接头，电阻值50欧，探针5长度3.6mm。[0030] 所述介质板2的中心开设有一个半径为0.62mm，深度为3.6mm的孔，所述探针5嵌设在孔内，所述探针5周围半径2.03mm的圆形范围内无金属板，避免探针5与金属地面3接触形成接地。[0031] 进一步的，在所述低耦合宽频带径向线缝隙天线的终端着吸波材料，可以通过改变同轴接头4的探针5插入介质板2的深度和最后一圈缝隙长度来调整天线的输入回波损耗和宽带谐振点。[0032] 为测试所述低耦合宽频带径向线缝隙天线的性能，本发明对实施例进行相应的参数测试：[0033] 如图4所示，图4为本实施例提供天线的输入回波损耗，从图中可以看出，所述低耦合宽频带径向线缝隙天线的S11在11GHz‑13.7GHz低于‑20dB，相对带宽超过21.8％，实现了较好的宽带特性。[0034] 图5为本实施例天线的轴比，从图中可知轴比在11GHz‑14GHz低于0.5dB，具有极好的圆极化性能。[0035] 图6为本实施例天线的增益方向图，从图中看出增益达到25dB，波束呈笔束状且副瓣较低。[0036] 以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

专利地区：河南

专利申请日期：2022-07-11

专利公开日期：2024-10-18

专利公告号：CN115207607B