CN111799556A - 一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线 - Google Patents

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张宙
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Abstract

本发明公开了一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，属于相控阵天线技术领域。其包括至少一个双极化天线子阵，双极化天线子阵包括水平和垂直方向的振子辐射单元、多层印制板、反射板及隔离结构。多层印制板上有馈电网络，水平和垂直方向的振子辐射单元均与馈电网络连接并间隔设置。隔离结构与反射板连接，形成一体结构。本发明具有工作频段宽、极化隔离度高、结构简单、易于加工、安装简便、稳定性好、成本低廉等优点，适于批量生产。

Description

一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线
技术领域
本发明涉及卫星通信及相控阵天线技术领域，特别是指一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，适用于车载、机载等大机动平台对卫星通信的需求。
背景技术
近年来，随着无线通信系统的发展，用户数量与日俱增，频谱资源越来越紧张。为此，现代通信领域迫切需要具有双极化功能的天线解决频谱资源拥挤的问题。在卫星通信系统中，采用双极化天线可在同一带宽内发射两种不同极化信号，使频带利用率提高一倍，从而使通信容量增加一倍。此外，利用双极化天线构成的相控阵天线还具有跟踪灵活、响应速度快、体积小等优点。
在机载或车载动中通应用中，对相控阵天线空间体积及重量等物理特性要求严格。同时，未来卫星通信需要收发共用一副天线，以处理同步进行接收和发射的两个分离频段的信号，满足多个系统的通信需求，实现多系统共用和收发共用。双极化天线组合了两种极化正交的天线并同时工作在收发双工的模式下，在具有良好端口隔离度的情况下可各自工作。目前，本领域的需求对于现有的移动通信用双极化天线提出了更高的要求，需要双极化天线具备宽带、高极化隔离以及高增益。此外，为了满足市场竞争需求，还要求天线结构简单、成本低、可批量生产。
双线极化相控阵天线的带宽、极化隔离度、波束宽度及增益等性能主要取决于天线阵列中天线单元的性能。现有的双极化天线主要存在以下问题：
1. 带宽：收发共用一副天线，要求双线极化天线具备宽带宽波束特性。而利用单一天线单元实现宽带双极化时，多采用多层叠式结构，其结构复杂，不易集成，限制了它在卫星通信、车载和机载通信等领域的应用潜力。
2. 极化隔离度：现有双极化天线主要采用在天线单元间增加各种各样的紧凑型互耦抑制工具、在辐射体后建立去耦网络或者直接通过放置天线的位置等方式来减少耦合，实现互耦抑制。但是，以上方法的工程应用受限，大部分隔离工具只在一个特定方向上有效，互耦抑制网络一般带宽较窄，不适用于宽带阵列中。
3. 结构方面：在机载或车载大机动平台中，空间有限，需采取有效的互耦抑制方法，提高天线间的极化隔离度。
发明内容
本发明的目的是针对卫星通信需求，弥补上述背景技术中的不足之处，提供一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，该天线通过在水平和垂直两个方向布阵，可实现双线极化辐射，具备宽的工作频段以及高极化隔离度，该天线结构简单，易于加工，安装方便，且稳定性好、成本低廉、适于批量生产，具有很高的工程应用前景。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，包括至少一个双线极化天线子阵，所述双线极化天线子阵包括多层印制板2以及设于多层印制板2底面的反射板3，多层印制板2上承载有馈电网络5，所述多层印制板2的上表面还设有振子辐射单元1，相邻两个双线极化天线子阵之间设有隔离结构4，所述隔离结构4穿过多层印制板2并与反射板3连接；每个双线极化天线子阵中，振子辐射单元1分为用于实现双线极化的水平辐射单元和垂直辐射单元，水平辐射单元和垂直辐射单元间隔设置，水平辐射单元和垂直辐射单元均与馈电网络连接。
进一步的，所述振子辐射单元1包括金属外壳和填充介质8，所述金属外壳包括馈电巴伦7以及设于馈电巴伦7上的一对金属臂6，馈电巴伦上还设有两个竖向的条形槽，金属臂和条形槽分别设于馈电巴伦周向的四分之一分圆处，且金属臂和条形槽在馈电巴伦周向上间隔设置。
进一步的，所述双线极化天线子阵的侧边缘处设有半圆柱结构，相邻两个双线极化天线子阵拼接在一起时，对应的两个半圆柱结构拼合成一个完整的隔离结构4。
进一步的，所述金属臂6与馈电巴伦7为一体化金属结构。
进一步的，所述多层印制板2与反射板3之间通过胶粘层固定连接。
进一步的，所述反射板3与半圆柱结构为一体化金属结构。
进一步的，所述一对金属臂6为弯折对称振子结构。
进一步的，所述馈电巴伦7为开槽同轴线巴伦。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1. 工作频带宽。本发明的双线极化相控阵天线具有较宽的工作带宽，其百分比带宽可达39%，能够实现收发共用一副天线，解决了相控阵天线空间体积及重量受限的问题。
2. 高极化隔离双线极化。本发明的双线极化相控阵天线采用水平方向和垂直方向分别布阵实现水平和垂直两种极化，具有较高的端口隔离度，隔离性能优良。本发明的双线极化相控阵天线的交叉极化隔离度可达到45dB，在±60°范围内，交叉极化隔离度可大于30dB。
3. 低剖面小型化。本发明的双线极化相控阵天线具有低剖面、小型化的特点，可用于车载、机载等移动通信平台。
4. 可实现工程批量生产。本发明的双线极化相控阵天线具有结构简单、可靠性高、易于加工的特点，便于实现工程上的批量生产。
附图说明
图1是本发明实施例中双线极化相控阵天线的结构示意图。
图2是图1中一个双线极化天线子阵的结构示意图。
图3是图2的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1和2所示，一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，包括至少一个双线极化天线子阵，所述双线极化天线子阵包括多层印制板2以及设于多层印制板2底面的反射板3，多层印制板2上承载有馈电网络5，所述多层印制板2的上表面还设有振子辐射单元1，相邻两个双线极化天线子阵之间设有隔离结构4，所述隔离结构4穿过多层印制板2并与反射板3连接；每个双线极化天线子阵中，振子辐射单元1分为用于实现双线极化的水平辐射单元和垂直辐射单元，水平辐射单元和垂直辐射单元间隔设置，水平辐射单元和垂直辐射单元均与馈电网络连接。
进一步的，所述振子辐射单元1包括金属外壳和填充介质8，所述金属外壳包括馈电巴伦7以及设于馈电巴伦7上的一对金属臂6，馈电巴伦上还设有两个竖向的条形槽，金属臂和条形槽分别设于馈电巴伦周向的四分之一分圆处，且金属臂和条形槽在馈电巴伦周向上间隔设置。
进一步的，所述双线极化天线子阵的侧边缘处设有半圆柱结构，相邻两个双线极化天线子阵拼接在一起时，对应的两个半圆柱结构拼合成一个完整的隔离结构4。
以下为一个更具体的例子：
仍见图1和2，一种用于卫星通信的Ku频段宽带高极化隔离双线极化相控阵天线，由双线极化天线子阵拼接而成。该双线极化天线子阵由振子辐射单元1、多层印制板2、反射板3及隔离结构4组成；振子辐射单元1由金属外壳与内部填充介质8构成，金属外壳由一对金属臂6与馈电巴伦7构成，馈电巴伦上设有两个条形槽，两个条形槽相对设置；多层印制板2上有馈电网络5，多层印制板2与反射板3之间用胶粘方式固定；发射板3与隔离结构4的材质为金属，反射板3与隔离结构4采用一体加工方式加工而成；水平排布的振子辐射单元末段穿过多层印制板2与馈电网络5连接，实现水平极化；垂直排布的振子辐射单元末段穿过多层印制板2与馈电网络5连接，实现垂直极化。采用该方式实现的双线极化天线阵列可实现高极化隔离低交叉极化。
上述双线极化相控阵天线可由M个双线极化天线子阵组成，M为正整数，本实施例中，M为4。
需要说明的是，上述振子辐射单元的金属外壳的尺寸可调，金属臂6与馈电巴伦7一体加工而成，提高了天线阵的可靠性。
水平排布的振子辐射单元与垂直排布的振子辐射单元的振子臂及馈电巴伦的条形槽尺寸可相同也可不同；本实施例中，振子辐射单元1的振子臂长度为0.3倍波长，馈电巴伦7条形槽的宽为0.02倍波长，馈电巴伦7条形槽的长为0.17倍波长。
所述的馈电网络5为1：N的等功分或不等功分馈电结构，可实现宽频带馈电。
作为一种优选方案，所述金属外壳的金属臂6使用了弯折对称振子结构，能够明显降低天线尺寸，实现振子辐射单元的小型化，同时可减轻天线重量。
作为一种优选方案，所述馈电巴伦7使用了开槽同轴线巴伦，馈电巴伦上的两个条形槽对称设置。
作为一种优选方案，多层印制板2与反射板3之间采用胶粘方式固定。
作为一种优选方案，所述隔离结构4采用圆柱形结构，反射板3与隔离结构4的材质为金属，反射板3与隔离结构4一体加工而成。
上述双线极化天线子阵可作为基本拼阵单元拼接为不同规模的双线极化相控阵天线。
上述双线极化相控阵天线中，水平和垂直方向的振子辐射单元均与馈电网络连接并间隔设置，提高了天线阵的有效辐射面积，使天线阵具有高增益的优点。此外，隔离结构与反射板连接，形成一体结构，可调整振子辐射单元的电气性能，并明显提高阵列的交叉极化隔离。
总之，本发明双线极化天线阵列具有工作频段宽、极化隔离度高、结构简单、易于加工、安装简便、稳定性好、成本低廉等优点，适于批量生产，可用于需要阵列天线、一维相控阵天线以及二维相控阵天线的应用场景。

Claims (8)

1.一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，包括至少一个双线极化天线子阵，所述双线极化天线子阵包括多层印制板（2）以及设于多层印制板（2）底面的反射板（3），多层印制板（2）上承载有馈电网络（5），所述多层印制板（2）的上表面还设有振子辐射单元（1），相邻两个双线极化天线子阵之间设有隔离结构（4），所述隔离结构（4）穿过多层印制板（2）并与反射板（3）连接；每个双线极化天线子阵中，振子辐射单元（1）分为用于实现双线极化的水平辐射单元和垂直辐射单元，水平辐射单元和垂直辐射单元间隔设置，水平辐射单元和垂直辐射单元均与馈电网络连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，所述振子辐射单元（1）包括金属外壳和填充介质（8），所述金属外壳包括馈电巴伦（7）以及设于馈电巴伦（7）上的一对金属臂（6），馈电巴伦上还设有两个竖向的条形槽，金属臂和条形槽分别设于馈电巴伦周向的四分之一分圆处，且金属臂和条形槽在馈电巴伦周向上间隔设置。
3.根据权利要求1所述的一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，所述双线极化天线子阵的侧边缘处设有半圆柱结构，相邻两个双线极化天线子阵拼接在一起时，对应的两个半圆柱结构拼合成一个完整的隔离结构（4）。
4.根据权利要求2所述的一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，所述金属臂（6）与馈电巴伦（7）为一体化金属结构。
5.根据权利要求1所述的一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，所述多层印制板（2）与反射板（3）之间通过胶粘层固定连接。
6.根据权利要求3所述的一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，所述反射板（3）与半圆柱结构为一体化金属结构。
7.根据权利要求2所述的一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，所述一对金属臂（6）为弯折对称振子结构。
8.根据权利要求2所述的一种宽带高极化隔离的双线极化相控阵天线，其特征在于，所述馈电巴伦（7）为开槽同轴线巴伦。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116937185A (zh) * 2023-07-28 2023-10-24 南京华成微波技术有限公司 智能双偏振线阵微波收发系统
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