CN112038755B - 一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线，包括射频微波板，所述射频微波板包括依次设置的天线层、填充层和地板层，所述天线层的正反两面分别设置有正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片且正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片形成交叉偶极子，所述正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片交错排布，所述地板层正面为自适应调制和编码结构，地板层背面为金属地板。通过上述方式，本发明能够易于和射频部分集成设计，整体剖面低，且通道间距大，射频部分容易布局，相同面积下，紧耦合结构能够减少40％通道数。

Description

一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线
技术领域
本发明涉及阵列天线领域，特别是涉及一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线。
背景技术
随着通信系统对信号带宽和信号速率的要求逐步提高，对终端天线的要求也越来越高。近来用低成本相控阵天线替代传统抛物面天线体现出了很大优势，但是相控阵天线在大角度扫描上性能下降较多，对整体使用有很大影响。
紧耦合天线是解决大角度扫描性能下降的一种有效措施，但是目前的紧耦合天线理论也存在一定限制：(1)大多只针对单线极化或者双线极化进行了研究，而通信系统中很多用到圆极化天线，目前针对圆极化相控阵天线未有成熟且有效的方案；(2)紧耦合天线单元间距一般小于半波长，结构很紧凑，不利于布局(3)传统的紧耦合天线，采用垂直的馈电巴伦，使整体高度太高，不利于低剖面设计。(4)传统的圆极化布阵具有周期性，大角度扫描会在特定角度出栅瓣，影响天线性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线，易于射频部分集成设计，整体剖面低，且通道间距大，射频部分容易布局，相同面积下，紧耦合结构能够减少40％通道数。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线，包括射频微波板，所述射频微波板包括依次设置的天线层、填充层和地板层，所述天线层的正反两面分别设置有正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片且正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片形成交叉偶极子，所述正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片交错排布，所述地板层正面为自适应调制和编码结构，地板层背面为金属地板。
进一步的是，所述正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片包括多个天线单元组，所述多个天线单元组为阵列排布，所述正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片上相邻天线单元组之间的相位差为90°。
进一步的是，所述天线单元组包括四个天线单元，所述天线单元组内的四个天线单元矩形阵列排布，所述四个天线单元之间的相位差为90°。
进一步的是，所述天线单元组包括二个天线单元，所述二个单元之间的相位差为90°。
进一步的是，所述天线单元间距小于半波长。
进一步的是，所述天线单元组的边长长度尺寸为0.4～0.8个波长。
进一步的是，所述地板层正面的用自适应调制和编码结构为周期性结构图形，所述周期性结构图形之间设有缝隙。
进一步的是，所述天线单元组对应两个独立的射频端口。
本发明的有益效果是：本发明的一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线，易于射频部分集成设计，整体剖面低，且通道间距大，射频部分容易布局，相同面积下，紧耦合结构能够减少40％通道数。
附图说明
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中记载的一些实施例，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。
图1是本发明一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线的射频微波板的结构示意图；
图2是本发明一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线的上层天线辐射贴片布局；
图3是本发明一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线的下层天线辐射贴片布局；
图4是本发明一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线的用自适应调制和编码结构；
图5是本发明一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线的6*6紧耦合单元布局；
图6是本发明一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线的对比图。
1、天线层；2、填充层；3、地板层；4、正面天线辐射贴片；5、天线单元；6、反面天线辐射贴片；7、天线单元；8、周期性结构图形；9、缝隙；10、单元组；11、紧耦合天线单元；12、单元组。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
以及，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1至图6，本发明实施例包括：一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线，包括射频微波板，所述射频微波板包括依次设置的天线层1、填充层2和地板层3，所述天线层的正反两面分别设置有正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6且正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6形成交叉偶极子，所述正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6交错排布，所述地板层3正面为自适应调制和编码结构，地板层3背面为金属地板。
进一步的是，所述正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6均由多个天线单元组阵列组成，所述上层的天线辐射贴片4的天线单元组5与下层的天线辐射贴片6的天线单元组7相位差为90°。
进一步的是，所述正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6包括多个天线单元组，所述多个天线单元组为阵列排布，所述正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6上相邻天线单元组之间的相位差为90°。
进一步的是，所述天线单元组包括四个天线单元5、7，所述天线单元组内的四个天线单元5、7矩形阵列排布，所述四个天线单元之间的相位差为90°。
进一步的是，所述天线单元组包括二个天线单元，所述二个单元之间的相位差为90°。
进一步的是，所述天线单元间距小于半波长。
进一步的是，所述地板层3正面的用自适应调制和编码结构为周期性结构图形8，所述周期性结构图形之间设有缝隙9。
进一步的是，所述天线单元组对应两个独立的射频端口。
本发明天线形式采用常规的圆极化微带贴片形式。
如图1所示，天线由射频微波板压合构成，射频微波板包括天线层1的介质、填充层2的介质和地板层3的介质。
如图2和图3所示，天线层1的正反两面设置正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6，正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6形成交叉偶极子。正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6上的相邻单元上下两层贴片交错排布，避免同一层相邻单元图形重叠。地板层3正面为用自适应调制和编码结构，背面为金属地板。
正面天线辐射贴片4和反面天线辐射贴片6图形的四个单元布局分别是天线单元组5、7。四个单元依次以前面单元为基础旋转90°后布阵，单元之间相差90°，提高圆极化轴比性能，整个阵面按照此规律进行排列。
阵面单元间距小于半波长，形成紧耦合结构，且相邻单元的图形边缘不在同一层，但上下会有重叠，形成较强的容性耦合。
如图4所示，因为天线有两层图形，下层不能直接与地板相连，所以下层图形要和地板有一定距离形成背腔。若直接采用空气腔，一方面背腔高度很高，不利于低剖面设计；二是不利于集成设计。因此本发明中，一：在天线层1和地板层3之间加入填充层2介质材料，使天线能一体加工，并且易于和射频部分集成设计。二：在地板层3的上表面添加AMC的结构。用自适应调制和编码结构包括周期性结构图形8，周期性结构图形8的图形间设有缝隙9。
采用用自适应调制和编码结构有效降低天线剖面，并且可以对电场起到同相反射的作用，进而实现提高天线增益。
如图5所示，按常规的旋转布阵方式，天线单元的相位中心会周期性偏移，从而造成大角度扫描出现栅瓣。为了消除栅瓣的影响，采用不规则布阵。相邻四个单元旋转布阵，相邻单元间相位差90°，每两个单元为一单元组10，然后通过馈电网络将天线和射频相连。对应的射频端口位置仍然能够保持半波长的规则布阵形式。既方便了射频芯片布局，又能解决栅瓣问题。
规则布阵时，由于单元波束较窄，且在大角度扫描时，互耦会使性能恶化，因此在扫描到60°时，波束增益下降5dB甚至更多，损失较多的能量。采用图5所示紧耦合结构的不规则布阵，一方面在扫描到大角度时，抑制了栅瓣产生，增加了主波束能量。另一方面利用互耦使阵中单元波束展宽。从而在大角度扫描时使增益下降减少1～2dB。
如图6所示，每两个单元为一组，边长度尺寸为0.8个波长左右。四个紧耦合天线单元11对应两个独立的射频端口。规则布阵的四个单元构成单元组12对应4个独立射频端口。根据对比，在同等面积下，本发明的T/R通道数更少，但是增益相当，大角度扫描下降更少，优势较明显。
此外，需要说明的是，在本说明书中，“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线，其特征在于包括射频微波板，所述射频微波板包括依次设置的天线层、填充层和地板层，所述天线层的正反两面分别设置有正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片且正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片形成交叉偶极子，所述正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片交错排布，所述地板层正面为自适应调制和编码结构，地板层背面为金属地板；所述正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片包括多个天线单元组，所述多个天线单元组为阵列排布，所述正面天线辐射贴片和反面天线辐射贴片上相邻天线单元组之间的相位差为90°；所述天线单元组包括四个天线单元，所述天线单元组内的四个天线单元矩形阵列排布，所述四个天线单元之间的相位差为90°；所述天线单元组的边长长度尺寸为0.4~0.8个波长；所述天线单元组对应两个独立的射频端口；所述天线单元间距小于半波长。
2.根据权利要求1所述的一种基于紧耦合结构的圆极化相控阵天线，其特征在于：所述地板层正面的用自适应调制和编码结构为周期性结构图形，所述周期性结构图形之间设有缝隙。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112736435A (zh) * 2020-12-16 2021-04-30 扬州船用电子仪器研究所(中国船舶重工集团公司第七二三研究所) 基于紧耦合结构的小型化宽带宽角圆极化扫描相控阵天线
CN112421246B (zh) * 2021-01-22 2021-04-23 成都天锐星通科技有限公司 一种共口径阵列天线和卫星通讯终端
CN113594715B (zh) * 2021-08-02 2022-04-26 北京星英联微波科技有限责任公司 双频双向圆极化偶极子阵列天线

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6512487B1 (en) * 2000-10-31 2003-01-28 Harris Corporation Wideband phased array antenna and associated methods
CN106684543A (zh) * 2016-12-08 2017-05-17 华南理工大学 一种低剖面、宽带、圆极化交叉偶极子天线
CN109167184A (zh) * 2018-08-27 2019-01-08 哈尔滨工业大学 基于人工磁导体的圆极化宽扫描角微带相控阵天线
CN210296624U (zh) * 2019-06-21 2020-04-10 成都天锐星通科技有限公司 一种圆极化多层板天线、天线子阵及阵列天线
CN111525255A (zh) * 2020-06-10 2020-08-11 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种低剖面宽带宽角紧耦合天线单元及阵列

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7408519B2 (en) * 2005-12-16 2008-08-05 Harris Corporation Dual polarization antenna array with inter-element capacitive coupling plate and associated methods
CN103872459B (zh) * 2014-03-24 2016-05-18 电子科技大学 一种新型ltcc双层单馈圆极化微带贴片阵列天线
CN110707421A (zh) * 2019-09-06 2020-01-17 南京理工大学 基于末端重叠的双极化紧耦合相控阵天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6512487B1 (en) * 2000-10-31 2003-01-28 Harris Corporation Wideband phased array antenna and associated methods
CN106684543A (zh) * 2016-12-08 2017-05-17 华南理工大学 一种低剖面、宽带、圆极化交叉偶极子天线
CN109167184A (zh) * 2018-08-27 2019-01-08 哈尔滨工业大学 基于人工磁导体的圆极化宽扫描角微带相控阵天线
CN210296624U (zh) * 2019-06-21 2020-04-10 成都天锐星通科技有限公司 一种圆极化多层板天线、天线子阵及阵列天线
CN111525255A (zh) * 2020-06-10 2020-08-11 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种低剖面宽带宽角紧耦合天线单元及阵列

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Wideband Circularly Polarized Tightly Coupled Array;Long Zhang等;《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》;20180824;第66卷(第11期);第6382页左栏第1行-第6386页右栏第24行及图1-11 *
Novel Circularly Polarized Printed Crossed Dipole Array with Broad Axial Ratio Bandwidth;Jung-Woo Baik等;《Proceedings of the 38th European Microwave Conference》;20090119;第1页左栏第1行-第3页左栏第17行及图1-6 *

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