CN110380201A - 一种X和ka双波段共口面微带阵列天线 - Google Patents

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姜晓宇
开敏
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Abstract

本申请属于微波天线技术领域，特别涉及一种X和ka双波段共口面微带阵列天线。包括：第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板。第一介质基板的上表面设置有辐射贴片层，辐射贴片层设置有Ka波段辐射贴片和X波段辐射贴片；第二介质基板的上表面设置有上地板层；第三介质基板的上表面设置有馈电网络层，馈电网络层设置有Ka波段传输线和X波段传输线，第三介质基板的下表面设置有下地板层；上地板层开设有用于Ka波段辐射贴片与Ka波段传输线的能量耦合的H型缝隙，第一介质基板和第二介质基板上开设有贯穿的用于X波段辐射贴片与X波段传输线的连接的导电柱，第三介质基板上开设有盲孔，盲孔用于Ka波段传输线和X波段传输线与外部连接器的连接。

Description

一种X和ka双波段共口面微带阵列天线
技术领域
本申请属于微波天线技术领域，特别涉及一种X和ka双波段共口面微带阵列天线。
背景技术
阵列天线是将单个天线按一定规律排列起来组成阵列形式，双波段共口面阵列天线则是将两副工作在不同波段的阵列天线设计到一个口面上，两幅天线共用口面，可以独立工作，也可以同时工作。
微带天线是在介质基板上刻蚀金属地板、传输线、辐射贴片的天线，具有体积小、剖面低、重量轻、易于加工等特点。
常规的双波段共口面微带阵列天线多采用多层结构，两个波段的辐射阵面置于不同层，两个波段的馈电网络也置于不同层。且由于单元数目众多，功分器的级数较多，占据空间大，功分器多采用多层形式，层与层之间采用垂直互联的结构，大大增加了加工难度和加工成本。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种X和ka双波段共口面微带阵列天线，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，包括：
第一介质基板，所述第一介质基板的上表面设置有辐射贴片层，所述辐射贴片层设置有呈阵列排布的Ka波段辐射贴片和X波段辐射贴片；
第二介质基板，所述第二介质基板的上表面和所述第一介质基板的下表面连接，所述第二介质基板的上表面设置有上地板层；
第三介质基板，所述第三介质基板的上表面和所述第二介质基板的下表面连接，所述第三介质基板的上表面设置有馈电网络层，所述馈电网络层设置有Ka波段传输线和X波段传输线，所述第三介质基板的下表面设置有下地板层；
其中，所述上地板层开设有H型缝隙，所述H型缝隙用于所述Ka波段辐射贴片与所述Ka波段传输线的能量耦合，所述第一介质基板和所述第二介质基板上开设有贯穿的导电柱，所述导电柱用于所述X波段辐射贴片与所述X波段传输线的连接，所述第三介质基板上开设有盲孔，所述盲孔用于所述Ka波段传输线和所述X波段传输线与外部连接器的连接。
可选地，所述辐射贴片层上包括呈18*18排列的所述Ka波段辐射贴片和呈6*6排列的所述X波段辐射贴片，所述Ka波段辐射贴片呈矩形，所述X波段辐射贴片呈十字型。
可选地，所述上地板层的H型缝隙与所述Ka波段辐射贴片相匹配呈18*18排列，贯穿所述第一介质基板和所述第二介质基板的导电柱与所述X波段的辐射贴片相匹配呈6*6排列。
可选地，所述导电柱的柱面设置有金属层，内部填充树脂，所述上地板层上开设有第一圆形馈电口，所述第一圆形馈电口与所述导电柱相匹配。
可选地，所述馈电网络层上的所述Ka波段传输线呈直线型，包括18条，每条所述Ka波段传输线均包括1条第一馈电总线和18条第一分口传输线，所述第一馈电总线一端与所述盲孔连接，另一端与所述18条第一分口传输线的中部连接。
可选地，所述馈电网络层上的所述X波段传输线呈直线型，包括6条，每条所述X波段传输线均包括1条第二馈电总线和6条第二分口传输线，所述第二馈电总线一端与所述盲孔连接，另一端与所述6条第二分口传输线的中部连接。
可选地，所述X波段传输线的所述第二分口传输线的长度等于X波段中心频率的一倍介质波长。
可选地，所述下地板层上开设有第二圆形馈电口和第三圆形馈电口，所述第二圆形馈电口用于所述Ka波段传输线的所述第一馈电总线与外部连接器通过所述盲孔连接，所述第三圆形馈电口用于所述X波段传输线的所述第二馈电总线与外部连接器通过所述盲孔连接。
可选地，所述第二介质基板和所述第三介质基板厚度相等。
可选地，所述第一介质基板厚度为1.016mm，所述第二介质基板和所述第三介质基板的厚度为0.254mm。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的X和ka双波段共口面微带阵列天线，两个波段的辐射阵面位于同一个平面，且两个波段的馈电网络层也位于同一个平面，减少了介质基板叠层的层数和多级功分器的垂直过渡结构，降低剖面高度，减轻重量，降低加工难度和成本。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的X和ka双波段共口面微带阵列天线示意图；
图2是本申请一个实施方式的X和ka双波段共口面微带阵列天线的辐射贴片层示意图；
图3是本申请一个实施方式的X和ka双波段共口面微带阵列天线的上地板层示意图；
图4是本申请一个实施方式的X和ka双波段共口面微带阵列天线的馈电网络层示意图；
图5是本申请一个实施方式的X和ka双波段共口面微带阵列天线的下地板层示意图；
图6是本申请一个实施方式的X和ka双波段共口面微带阵列天线爆炸图。
其中：
1-辐射贴片层；2-上地板层；3-馈电网络层；4-下地板层；5-Ka波段辐射贴片；6-X波段辐射贴片；7-H型缝隙；8-第一圆形馈电口；9-Ka波段传输线；10-X波段传输线；11-第二圆形馈电口；12-第三圆形馈电口。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图6对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种X和ka双波段共口面微带阵列天线，包括：第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板。
具体的，第一介质基板的上表面设置有辐射贴片层1，辐射贴片层1设置有呈阵列排布的Ka波段辐射贴片5和X波段辐射贴片6；第二介质基板的上表面和第一介质基板的下表面连接，第二介质基板的上表面设置有上地板层2；第三介质基板的上表面和第二介质基板的下表面连接，第三介质基板的上表面设置有馈电网络层3，馈电网络层3设置有Ka波段传输线9和X波段传输线10，第三介质基板的下表面设置有下地板层4；其中，上地板层2开设有H型缝隙7，H型缝隙7用于Ka波段辐射贴片5与Ka波段传输线9的能量耦合，第一介质基板和第二介质基板上开设有贯穿的导电柱，导电柱用于X波段辐射贴片6与X波段传输线10的连接，第三介质基板上开设有盲孔，盲孔用于Ka波段传输线9和X波段传输线10与外部连接器的连接。辐射贴片层1中除了辐射贴片为金属层外，其余部分全部腐蚀掉，上地板层2除了H型缝隙7，以及与导电柱相匹配的第一圆形馈电口8腐蚀掉之外，其余部分的金属层全部保留。
在本申请的一个实施方式中，辐射贴片层1上的Ka波段辐射贴片5和X波段辐射贴片6的布阵形式均采用矩形栅格，Ka波段辐射贴片5呈18*18排列，X波段辐射贴片6呈6*6排列，Ka波段辐射贴片5采用矩形贴片，X波段辐射贴片6采用十字型贴片，X波段的辐射贴片6设置在Ka波段辐射贴片5的间隙处。本实施例中，每3*3排列的Ka波段辐射贴片5中设置有一个X波段的辐射贴片6。进一步的，上地板层2的H型缝隙7呈18*18排列，位于对应Ka波段辐射贴片5的正下方，贯穿第一介质基板和第二介质基板的导电柱与X波段的辐射贴片6相匹配呈6*6排列。
本申请的一个实施方式中，导电柱的柱面设置有金属层，内部填充树脂，上地板层2上开设有第一圆形馈电口8，第一圆形馈电口8与导电柱相匹配。
本申请的一个实施方式中，馈电网络层3上的Ka波段传输线9呈直线型，以减少所占用的空间，Ka波段传输线9包括18条，每条Ka波段传输线9均包括1条第一馈电总线和18条第一分口传输线，第一馈电总线一端与盲孔连接，另一端与18条第一分口传输线的中部连接。通过第一馈电总线与阵列最左端的馈电端口将能量输入到方位面线阵的中点，再往左右两个方向通过18条第一分口传输线分别馈电。本实施例中，第2、5、8、11、14、17条Ka波段传输线9与其它Ka波段传输线9呈镜像摆放。
本申请的一个实施方式中，馈电网络层3上的X波段传输线10呈直线型，包括6条，每条X波段传输线10均包括1条第二馈电总线和6条第二分口传输线，第二馈电总线一端与盲孔连接，另一端与6条第二分口传输线的中部连接。第二分口传输线呈弯曲状，保证传输线长度为中心频率处的一倍介质波长，以使得各单元相位同相，通过第二馈电总线与阵列最右端的馈电端口将能量输入到方位面线阵的中点，再往左右两个方向通过6条第二分口传输线分别馈电，单元间距为Ka波段传输线的三倍。
本申请的一个实施方式中，下地板层4上开设有第二圆形馈电口11和第三圆形馈电口12，第二圆形馈电口11用于Ka波段传输线9的第一馈电总线与外部连接器通过盲孔连接，第三圆形馈电口12用于X波段传输线10的第二馈电总线与外部连接器通过盲孔连接。下地板层4除了腐蚀掉的第二圆形馈电口11和第三圆形馈电口12外，其余均为金属层。
本申请的一个实施方式中，第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板材料均为Rogers 5880，第一介质基板的厚度为1.016mm，第二介质基板和第三介质基板的厚度为0.254mm。
本申请的X和ka双波段共口面微带阵列天线，通过半固化片将三层介质基板压合为一个整体，组成整个天线阵面。使用时，将射频同轴连接器的内导体插入天线底部的插针盲孔内并焊接于下地板层4上，同轴连接器端接TR组件，可以实现俯仰面的电扫描，而方位面天线单元已经进行幅度加权，方向图固定不可变，可加装伺服器进行机械扫描。
本申请的X和ka双波段共口面微带阵列天线，两个波段的辐射贴片位于同一个平面，X和Ka两个波段的中心频率比约为1:3，因此在方位面和俯仰面上，X波段和Ka波段的辐射贴片数量比皆设计为1:3，则总单元数量比为1:9，X波段辐射贴片6数为6*6＝36，Ka波段辐射贴片数为18*18＝324，Ka波段的辐射贴片采用矩形贴片形式，馈电形式为缝隙耦合馈电，X波段的辐射贴片采用十字型辐射贴片，设计在Ka波段辐射贴片5的单元间隙处，馈电形式为金属柱垂直互联馈电。
本申请的X和ka双波段共口面微带阵列天线，下层微波传输线采用带状线形式，两个波段的馈电网络层位于同一个平面。将并行馈电的功分器进行变形，Ka波段功分器设计为一条直线的形式，由于阵列方位面波束要求低副瓣，则需要将方位面单元进行幅度加权，功分器需要从方位面线阵中部进行馈电，以便每节功分器功率比不至于相差过大，功分器从方位面线阵中部开始往左右分别馈电，单元间距为Ka波段中心频率处的一倍传输线波长。X波段功分器同样设计为一条直线的形式，通过调节单元间弯曲传输线的长度，将各单元间的的传输线长度设计为为X波段中心频率处的一倍传输线波长。最终，Ka波段每条方位面线阵的功分网络汇集于阵面左端，X波段每条方位面线阵的功分网络汇集于阵面右端，两套网络共用一个平面。
本申请的X和ka双波段共口面微带阵列天线，阵列天线叠层层数少，结构更加紧凑，仅使用一层带状线形式的微波传输线和一层辐射贴片，两个波段的辐射贴片位于同一层面，两个功分馈电网络也位于同一层面，减少了叠层层数，降低剖面高度、减轻重量、且大大降低加工难度和成本，便于工程实现。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，包括：
第一介质基板，所述第一介质基板的上表面设置有辐射贴片层(1)，所述辐射贴片层(1)设置有呈阵列排布的Ka波段辐射贴片(5)和X波段辐射贴片(6)；
第二介质基板，所述第二介质基板的上表面和所述第一介质基板的下表面连接，所述第二介质基板的上表面设置有上地板层(2)；
第三介质基板，所述第三介质基板的上表面和所述第二介质基板的下表面连接，所述第三介质基板的上表面设置有馈电网络层(3)，所述馈电网络层(3)设置有Ka波段传输线(9)和X波段传输线(10)，所述第三介质基板的下表面设置有下地板层(4)；
其中，所述上地板层(2)开设有H型缝隙(7)，所述H型缝隙(7)用于所述Ka波段辐射贴片(5)与所述Ka波段传输线(9)的能量耦合，所述第一介质基板和所述第二介质基板上开设有贯穿的导电柱，所述导电柱用于所述X波段辐射贴片(6)与所述X波段传输线(10)的连接，所述第三介质基板上开设有盲孔，所述盲孔用于所述Ka波段传输线(9)和所述X波段传输线(10)与外部连接器的连接。
2.根据权利要求1所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述辐射贴片层(1)上包括呈18*18排列的所述Ka波段辐射贴片(5)和呈6*6排列的所述X波段辐射贴片(6)，所述Ka波段辐射贴片(5)呈矩形，所述X波段辐射贴片(6)呈十字型。
3.根据权利要求2所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述上地板层(2)的H型缝隙(7)与所述Ka波段辐射贴片(5)相匹配呈18*18排列，贯穿所述第一介质基板和所述第二介质基板的导电柱与所述X波段的辐射贴片(6)相匹配呈6*6排列。
4.根据权利要求3所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述导电柱的柱面设置有金属层，内部填充树脂，所述上地板层(2)上开设有第一圆形馈电口(8)，所述第一圆形馈电口(8)与所述导电柱相匹配。
5.根据权利要求4所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述馈电网络层(3)上的所述Ka波段传输线(9)呈直线型，包括18条，每条所述Ka波段传输线(9)均包括1条第一馈电总线和18条第一分口传输线，所述第一馈电总线一端与所述盲孔连接，另一端与所述18条第一分口传输线的中部连接。
6.根据权利要求5所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述馈电网络层(3)上的所述X波段传输线(10)呈直线型，包括6条，每条所述X波段传输线(10)均包括1条第二馈电总线和6条第二分口传输线，所述第二馈电总线一端与所述盲孔连接，另一端与所述6条第二分口传输线的中部连接。
7.根据权利要求6所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述X波段传输线(10)的所述第二分口传输线的长度等于X波段中心频率的一倍介质波长。
8.根据权利要求7所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述下地板层(4)上开设有第二圆形馈电口(11)和第三圆形馈电口(12)，所述第二圆形馈电口(11)用于所述Ka波段传输线(9)的所述第一馈电总线与外部连接器通过所述盲孔连接，所述第三圆形馈电口(12)用于所述X波段传输线(10)的所述第二馈电总线与外部连接器通过所述盲孔连接。
9.根据权利要求1所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述第二介质基板和所述第三介质基板厚度相等。
10.根据权利要求9所述的X和ka双波段共口面微带阵列天线，其特征在于，所述第一介质基板厚度为1.016mm，所述第二介质基板和所述第三介质基板的厚度为0.254mm。
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