本實(shí)用新型涉及射頻天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種緊湊型定向陣列天線。

背景技術(shù)：

微多普勒效應(yīng)在自然界、人類和動(dòng)植物是普遍的現(xiàn)象，微多普勒效應(yīng)傳感器的成功研制，將在監(jiān)控、醫(yī)療、應(yīng)急救災(zāi)、生物等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，因此對(duì)于微多普勒效應(yīng)傳感器的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

陣列天線，作為微多普勒效應(yīng)傳感器的關(guān)鍵組成部分，其輻射方向必須為定向輻射，此外，考慮到傳感器的集成，所設(shè)計(jì)陣列天線需要實(shí)現(xiàn)低剖面、小型化。而傳統(tǒng)陣列天線的體積大，不利于集成，且其輻射方向垂直于陣列平面，不適用于微多普勒效應(yīng)傳感器斜向上輻射的應(yīng)用場(chǎng)合。

由此可見，如何實(shí)現(xiàn)陣列天線的小型化以及定向輻射，從而滿足與微多普勒效應(yīng)傳感器的集成是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種緊湊型定向陣列天線，用于實(shí)現(xiàn)陣列天線的小型化以及定向輻射，從而滿足與微多普勒效應(yīng)傳感器的集成。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種緊湊型定向陣列天線，包括PCB板、設(shè)置在所述PCB板正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)、以及設(shè)置在所述PCB板背面的射頻信號(hào)地板；

所述天線陣列包括4ⁿ個(gè)天線陣元且中心對(duì)稱，各所述天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，各所述天線陣元的射頻信號(hào)輸入端口與所述饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口對(duì)應(yīng)連接；

所述射頻信號(hào)地板上設(shè)置有饋電連接槽，與所述饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口形成同軸饋電，n為正整數(shù)。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口的輸出功率和相位均相同。

優(yōu)選地，n為1。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一微帶線、第一T型功分器、第二微帶線，波長變換器，第三微帶線、第二T型功分器和第四微帶線；

其中，所述第一微帶線設(shè)置于所述饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口處，所述第一微帶線的一端與所述第一T型功分器的第一端連接，所述第一T型功分器的第二端和第三端均依次連接所述第二微帶線、所述波長變換器、所述第三微帶線、所述第二T型功分器，所述第二T型功分器的兩端均連接所述第四微帶線，所述第四微帶線的末端作為所述饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸出端口與所述天線陣元的射頻信號(hào)輸入端口連接。

優(yōu)選地，所述E型嵌入饋電式貼片天線的輸入阻抗為100Ω。

優(yōu)選地，所述第一微帶線和所述第三微帶線的輸入阻抗為50Ω，所述第二微帶線和所述第四微帶線的輸入阻抗為100Ω。

優(yōu)選地，所述波長變換器為70.71Ω四分之一波長變換器。

優(yōu)選地，所述PCB板為單層雙面矩形，相對(duì)介電常數(shù)為4.4，正切損耗為0.02，厚度為1mm。

優(yōu)選地，所述射頻信號(hào)地板和所述天線陣列均為覆銅板，所述覆銅板的厚度為35μm。

優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口為挖空的圓柱體，所述饋電連接槽為圓形槽。本實(shí)用新型所提供的緊湊型定向陣列天線，

本實(shí)用新型提供的緊湊型定向陣列天線，包括PCB板、設(shè)置在PCB板正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)、以及設(shè)置在PCB板背面的射頻信號(hào)地板；天線陣列包括4ⁿ個(gè)天線陣元且中心對(duì)稱，各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，各天線陣元的射頻信號(hào)輸入端口與饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口對(duì)應(yīng)連

接；射頻信號(hào)地板上設(shè)置有饋電連接槽，與饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口形成同軸饋電，n為正整數(shù)。由此可見，本實(shí)用新型提供的陣列天線中由于天線陣列中心對(duì)稱，且各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，通過調(diào)節(jié)饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口的輸出功率和相位，使得陣列天線能夠產(chǎn)生定向射頻信號(hào)，另外充分利用了貼片天線固有的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了緊湊型低剖面的目的，能夠滿足多普勒效應(yīng)傳感器的實(shí)際需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖做簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的正面結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的背面結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種天線陣元的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的回波損耗圖；

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的xz和yz截面上的增益方向圖；

附圖標(biāo)記如下：1為PCB板，4為射頻信號(hào)地板，5為天線陣元，6為饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口，7為第一微帶線、8為第二微帶線，9為波長變換器，10為第三微帶線，11為第四微帶線，12為天線陣元的射頻信號(hào)輸入端口，13為第一T型功分器，14為第二T型功分器，15為饋電連接槽。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下，所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。

本實(shí)用新型的核心是提供一種緊湊型定向陣列天線，用于實(shí)現(xiàn)陣列天線的小型化以及定向輻射，從而滿足與微多普勒效應(yīng)傳感器的集成。

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的正面結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的背面結(jié)構(gòu)圖。緊湊型定向陣列天線包括PCB板1、設(shè)置在PCB板1正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)、以及設(shè)置在PCB板1背面的射頻信號(hào)地板4。

天線陣列包括4ⁿ個(gè)天線陣元5且中心對(duì)稱，各天線陣元5為E型嵌入饋電式貼片天線，各天線陣元5的射頻信號(hào)輸入端口12與饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口對(duì)應(yīng)連接；

射頻信號(hào)地板4上設(shè)置有饋電連接槽15，與饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口6形成同軸饋電，n為正整數(shù)。

可以理解的是，上述圖示中，取n為1，即天線陣列包括4個(gè)天線陣元5，上述圖示只是一種具體實(shí)施方式，并不代表只有這一種。

在具體實(shí)施中，矩形單層雙面PCB板1可以選用FR4_epoxy微波材料，相對(duì)介電常數(shù)為4.4，正切損耗為0.02，厚度為1mm，PCB板1可以為矩形，矩形的長度L和寬度W可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。在一種具體實(shí)施例中，L為48.4mm，W為63mm。相對(duì)于現(xiàn)有陣列天線的長寬至少為一百多毫米，因此，本實(shí)用新型提供的天線的尺寸大大減小，實(shí)現(xiàn)了陣列天線的緊湊性、小型化設(shè)計(jì)；陣列天線的高度為1mm，使得該天線陣列具有極低剖面，利于微多普勒效應(yīng)傳感器的集成。

在一種具體實(shí)施方式中，射頻信號(hào)地板4和天線陣列均為覆銅板，覆銅板的厚度為35μm。饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口6為挖空的圓柱體，饋電連接槽15為圓形槽，為該陣列天線提供激勵(lì)。具體的，R1為0.6mm，R2為2.1mm。

本實(shí)施例提供的緊湊型定向陣列天線，包括PCB板、設(shè)置在PCB板正面的天線陣列和饋電網(wǎng)絡(luò)、以及設(shè)置在PCB板背面的射頻信號(hào)地板；天線陣列包括4ⁿ個(gè)天線陣元且中心對(duì)稱，各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，各天線陣元的射頻信號(hào)輸入端口與饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口對(duì)應(yīng)連接；射頻信號(hào)地板上設(shè)置有饋電連接槽，與饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口形成同軸饋電，n為正整數(shù)。由此可見，本實(shí)用新型提供的陣列天線中由于天線陣列中心對(duì)稱，且各天線陣元為E型嵌入饋電式貼片天線，通過調(diào)節(jié)饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口的輸出功率和相位，使得陣列天線能夠產(chǎn)生定向射頻信號(hào)，另外充分利用了貼片天線固有的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了緊湊型低剖面的目的，能夠滿足多普勒效應(yīng)傳感器的實(shí)際需求。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種天線陣元的結(jié)構(gòu)圖。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，如圖4所示，各天線陣元5為E型嵌入饋電式貼片天線，長度Lp為11.84mm，寬度Wp為15mm，微帶線(后文中的第四微帶線)的寬度Wo為0.42mm，饋電嵌入槽的長度Lin為2mm，寬度Win為1.5mm，其與E型槽的間距d為1.8mm，E型槽的具體尺寸，La為12mm，Lb為6.8mm，Lc為4.6mm，Wa為1.8mm，Wb為1.5mm，Wc為1.24mm。在具體實(shí)施中，如果天線陣元5的輸入阻抗為50Ω，則選用50Ω微帶線進(jìn)行饋電。天線工作的中心頻率由天線陣元5的長度、寬度及E型槽的尺寸決定，因此具體的尺寸需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，本實(shí)施例不再贅述。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，饋電網(wǎng)絡(luò)的各射頻信號(hào)輸出端口的輸出功率和相位均相同。

如果射頻信號(hào)輸出端口的輸出功率和相位均相同，則可以滿足射頻信號(hào)的最大輻射方向呈30度?？梢岳斫獾氖?，如果調(diào)整各輸出端口的輸出功率和相位可以實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)在不同角度的調(diào)節(jié)，本實(shí)施例不再贅述。

如圖2所示，各射頻信號(hào)輸出端口的輸出功率和相位均相同的一種具體實(shí)施方式為：饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一微帶線7、第一T型功分器13、第二微帶線8，波長變換器9，第三微帶線10、第二T型功分器14和第四微帶線11；

其中，第一微帶線7設(shè)置于射頻信號(hào)輸入端口6處，第一微帶線7的一端與第一T型功分器13的第一端連接，第一T型功分器13的第二端和第三端均依次連接第二微帶線8、波長變換器9、第三微帶線10、第二T型功分器14，第二T型功分器14的兩端均連接第四微帶線11，第四微帶線11的末端作為射頻信號(hào)輸出端口與天線陣元的射頻信號(hào)輸入端口連接。

需要說明的是，為了圖示清楚起見，圖2中并不是對(duì)每個(gè)部件都進(jìn)行的標(biāo)號(hào)，相同的部件可能指標(biāo)了一次，具體請(qǐng)于文字結(jié)合。

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖。如圖5所示，在一種具體實(shí)施方式中，饋電網(wǎng)絡(luò)的具體尺寸如下：L1為3mm，W1為1.92mm，L2為2mm，W2為0.42mm，L3為5mm，W3為0.99mm，L4為2.15mm，W4為1.92mm，L5為5mm，L6為8mm，L7為1mm，W7為0.42mm，L8為5mm，L9為2mm，L10為1mm，W10為mm，R3為1mm。。為了圖示清楚起見，圖5中只對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)中的第一微帶線7進(jìn)行了標(biāo)號(hào)，其它部件的對(duì)應(yīng)關(guān)系請(qǐng)參見圖2.

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，E型嵌入饋電式貼片天線的輸入阻抗為100Ω。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，第一微帶線7和第三微帶線10的輸入阻抗為50Ω，第二微帶線8和第四微帶線11的輸入阻抗為100Ω。

作為優(yōu)選的實(shí)施方式，波長變換器9為70.71Ω四分之一波長變換器。

饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻輸入端口6是天線陣列的射頻輸入和測(cè)試端口，作為安裝SMA使用，選用的產(chǎn)品型號(hào)可為Gwave SMA-KHD9A。

導(dǎo)波波長的計(jì)算公式為：其中，λ_g是導(dǎo)波波長，c為光速，f為工作頻率，ε₆為有效介電常數(shù)。λ_g/4是70.71Ω四分之一波長變換器9的長度。

由于微帶線的寬度和阻抗成反比，不同的寬度對(duì)應(yīng)的阻抗也不同?？梢岳斫獾氖?，如果沒有特殊說明，微帶線的長度和形狀是可以靈活調(diào)整的，例如，100Ω第二微帶線8是直線型，寬度為0.42mm，而100Ω第四微帶線11為彎曲型，寬度也為0.42mm。另外，在具體實(shí)施中，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定陣列天線的尺寸，例如設(shè)定天線陣元的尺寸以使得天線能夠滿足各種頻段的要求，例如C頻段，本實(shí)施例不再贅述。

為了讓本領(lǐng)域技術(shù)人員更加清楚本實(shí)用新型提供的緊湊型定向陣列天線，下文中將給出該天線的具體工作過程。射頻信號(hào)地板4的饋電連接槽15與饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口6用于射頻SMA接頭的安裝，其中SMA接頭的內(nèi)金屬穿過饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口6(饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口6是一個(gè)過孔)與正面的饋電網(wǎng)絡(luò)焊接在一起，SMA接頭的外金屬與地板(饋電連接槽15外的金屬部分)焊接在一起，從而形成同軸饋電；射頻信號(hào)通過SMA接頭輸入饋電網(wǎng)絡(luò)，饋電網(wǎng)絡(luò)將該輸入信號(hào)進(jìn)行四等分(由于饋電網(wǎng)絡(luò)的射頻信號(hào)輸入端口6到各天線陣元5的微帶線長度相等，所以饋電網(wǎng)絡(luò)的4個(gè)射頻信號(hào)輸出端口相位相等且由T型功分器的特性可知饋電網(wǎng)絡(luò)的4個(gè)射頻信號(hào)輸出端口的功率相等)，并輸入到四個(gè)天線陣元5，天線陣元5再將射頻信號(hào)向空中輻射出去，最終4個(gè)陣元輻射的電磁波在遠(yuǎn)場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)耦合，從而形成定向輻射。具體的定向輻射角度主要由饋電網(wǎng)絡(luò)的4個(gè)射頻信號(hào)輸出端口的輸出功率和相位決定。

為了驗(yàn)證本實(shí)用新型所提供的緊湊型定向陣列天線的有效性，進(jìn)行了仿真。

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的回波損耗圖。如圖6所示，該天線的工作中心頻率為5.8GHz，工作頻帶為5.71GHz–5.9GHz，絕對(duì)帶寬達(dá)到190MHz，且在5.8GHz處的回波損耗為-31.9dB，滿足微多普勒效應(yīng)傳感器的要求。

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種緊湊型定向陣列天線的xz和yz截面上的增益方向圖。如圖7所示，實(shí)線對(duì)應(yīng)xz平面，虛線對(duì)應(yīng)yz平面。xz和yz截面上的增益方向圖表明該陣列天線在θ＝±30°方向的輻射最強(qiáng)，最大后瓣小于-10dB，由這些數(shù)據(jù)可知，所設(shè)計(jì)陣列天線具有良好的定向輻射性能。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的緊湊型定向陣列天線進(jìn)行了詳細(xì)介紹。說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

還需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。