CN110911829B - 一种双极化二维多波束天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双极化二维多波束天线阵列，所述的天线阵列包括上层介质板和下层介质板，采用差分馈电的天线阵列口径和水平极化馈电网络位于上层介质板，垂直极化馈电网络位于下层介质板，并且水平极化馈电网络和垂直极化馈电网络垂直排列，水平极化馈电网络的激励端口为水平极化差分激励对，垂直极化馈电网络的激励端口为垂直极化差分激励对；天线阵列口径包括SIW腔体，在SIW腔体内蚀刻2×2个天线单元，天线单元由微带贴片和与下层介质板短路的接地通孔组成。本发明所公开的天线阵列采用差分馈电，天线方向图在扫描时具有很低的交叉极化电平和端口隔离度，从而可以提升天线阵列的极化分集性能，降低系统的信噪比。

Description

一种双极化二维多波束天线阵列
技术领域
本发明属于无线通信领域，特别涉及该领域中的一种采用差分馈电的双极化二维多波束天线阵列。
背景技术
随着用户对无线通信需求的增长以及对通信质量要求的不断提高，双极化多波束天线因可抗多径损耗、抗干扰、可增加信道容量而成为天线领域研究的热点之一。在传统双极化多波束阵列天线设计中，由于天线单元常常采用普通单元，导致天线的交叉极化电平很高，并且交叉极化电平还会随着波束扫描逐渐抬升，使得系统性能恶化。由于二维多波束阵列可通过空间和极化分集来提升系统容量，其在未来通信中将扮演非常重要的角色，因此设计出具有低交叉极化电平且能实现二维波束扫描的双极化天线阵列是技术发展的趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种由差分馈电天线单元组成的双极化二维多波束天线阵列。
本发明采用如下技术方案：
一种双极化二维多波束天线阵列，其改进之处在于：所述的天线阵列包括上层介质板和下层介质板，采用差分馈电的天线阵列口径和水平极化馈电网络位于上层介质板，垂直极化馈电网络位于下层介质板，并且水平极化馈电网络和垂直极化馈电网络垂直排列，水平极化馈电网络的激励端口为水平极化差分激励对，垂直极化馈电网络的激励端口为垂直极化差分激励对；天线阵列口径包括SIW腔体，在SIW腔体内蚀刻2×2个天线单元，天线单元由微带贴片和与下层介质板短路的接地通孔组成。
进一步的，水平极化馈电网络的激励端口为微带线结构，并内插在相邻的两个微带贴片之间。
进一步的，水平极化馈电网络由四个定向耦合器、差分网络、耦合结构和SIW转接地共面波导结构构成，四个定向耦合器构成多波束馈电网络。
进一步的，垂直极化馈电网络的激励端口为SIW结构，可通过下层介质板的耦合缝隙用激励能量激励上层介质板上的微带贴片。
进一步的，垂直极化馈电网络由四个定向耦合器、差分网络、接地共面波导转SIW结构、耦合结构和0°移相器组成，四个定向耦合器构成多波束馈电网络，信号通过耦合缝隙在上下两层介质板内传输。
进一步的，2×2个天线单元依次按顺时针旋转90°排布，其差分激励馈线采用接地共面波导结构。
进一步的，天线单元的微带贴片为金属贴片。
进一步的，天线单元的接地通孔为金属化通孔。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的天线阵列采用差分馈电，天线方向图在扫描时具有很低的交叉极化电平和端口隔离度，从而可以提升天线阵列的极化分集性能，降低系统的信噪比。
本发明所公开的天线阵列在结构简单、极低剖面和高集成度的前提下，实现了馈电网络和天线阵列口径的一体化设计，拥有较好的天线性能。
本发明所公开的天线阵列，天线阵列口径和馈电网络只需要两层介质板便可实现，从而大大降低了整个天线阵列结构的设计难度、复杂度、剖面、尺寸和成本。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开天线阵列的模型图；
图2是本发明实施例1所公开天线阵列中天线阵列口径的结构图；
图3是本发明实施例1所公开天线阵列中2×2个天线单元的阵列排布图；
图4是本发明实施例1所公开天线阵列中水平极化馈电网络的结构图；
图5是本发明实施例1所公开天线阵列中垂直极化馈电网络的结构图；
图6a是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真后得到的水平极化三维波束辐射方向图；
图6b是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真后得到的垂直极化三维波束辐射方向图；
图7是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真和测试后得到的整体结构回波损耗曲线图；
图8是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真和测试后得到的整体结构隔离度曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1-2所示，本实施例公开了一种双极化二维多波束天线阵列，所述的天线阵列包括上层介质板和下层介质板，采用差分馈电的天线阵列口径11和水平极化馈电网络12位于上层介质板，垂直极化馈电网络13位于下层介质板，并且水平极化馈电网络和垂直极化馈电网络垂直排列，水平极化馈电网络的激励端口#1和#2为水平极化差分激励对，垂直极化馈电网络的激励端口#3和#4为垂直极化差分激励对；天线阵列口径包括SIW腔体23，在SIW腔体内蚀刻2×2个天线单元，天线单元由微带贴片24和与下层介质板短路的接地通孔25组成。为了降低交叉极化，每个天线单元采取差分馈电方式。同时由于空间限制，为了保证差分馈电结构、各多波束馈电网络之间不存在结构交叉，差分馈电网络和多波束馈电网络设计成分属于不同介质板内，而天线阵列口径和水平极化馈电网络则共属同一层介质板。
如图3所示，2×2个天线单元依次按顺时针旋转90°排布，其差分激励馈线31采用接地共面波导结构。
水平极化馈电网络的激励端口26为微带线结构，并内插在相邻的两个微带贴片之间。
如图4所示，水平极化馈电网络由四个定向耦合器41、差分网络42、耦合结构43和SIW转接地共面波导结构44构成，四个定向耦合器构成多波束馈电网络。
垂直极化馈电网络的激励端口27为SIW结构，可通过下层介质板上蚀刻的耦合缝隙28用激励能量（电磁能量）激励上层介质板上的微带贴片，产生垂直极化的辐射电场。
如图5所示，垂直极化馈电网络由四个定向耦合器59、差分网络51、接地共面波导转SIW结构52、耦合结构55和0°移相器57组成，四个定向耦合器构成多波束馈电网络，信号通过耦合缝隙531在上下两层介质板内传输。
本实施例中，天线单元的微带贴片为金属贴片、接地通孔为金属化通孔。
图6a是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真后得到的水平极化三维波束辐射方向图；图6b是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真后得到的垂直极化三维波束辐射方向图；图7是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真和测试后得到的整体结构回波损耗曲线图；图8是对本发明实施例1所公开天线阵列进行仿真和测试后得到的整体结构隔离度曲线图。

Claims (4)

1.一种双极化二维多波束天线阵列，其特征在于：所述的天线阵列包括上层介质板和下层介质板，采用差分馈电的天线阵列口径和水平极化馈电网络位于上层介质板，垂直极化馈电网络位于下层介质板，并且水平极化馈电网络和垂直极化馈电网络垂直排列，水平极化馈电网络的激励端口为水平极化差分激励对，垂直极化馈电网络的激励端口为垂直极化差分激励对；天线阵列口径包括SIW腔体，在SIW腔体内蚀刻2×2个天线单元，天线单元由微带贴片和与下层介质板短路的接地通孔组成；水平极化馈电网络由四个定向耦合器、差分网络、耦合结构和SIW转接地共面波导结构构成，四个定向耦合器构成多波束馈电网络；2×2个天线单元依次按顺时针旋转90°排布，其差分激励馈线采用接地共面波导结构；垂直极化馈电网络的激励端口为SIW结构，可通过下层介质板的耦合缝隙用激励能量激励上层介质板上的微带贴片；垂直极化馈电网络由四个定向耦合器、差分网络、接地共面波导转SIW结构、耦合结构和0°移相器组成，四个定向耦合器构成多波束馈电网络，信号通过耦合缝隙在上下两层介质板内传输。
2.根据权利要求1所述双极化二维多波束天线阵列，其特征在于：水平极化馈电网络的激励端口为微带线结构，并内插在相邻的两个微带贴片之间。
3.根据权利要求1所述双极化二维多波束天线阵列，其特征在于：天线单元的微带贴片为金属贴片。
4.根据权利要求1所述双极化二维多波束天线阵列，其特征在于：天线单元的接地通孔为金属化通孔。
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