CN112117533B - 双频双线极化相控阵天线及天线单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频双线极化相控阵天线及天线单元，所述天线单元包括：多层金属层的层级结构，以及相邻金属层之间用以隔离的介质层，其中，多层金属层中包括：寄生贴片、辐射贴片、发射馈电网络、第一接地金属板、第二接地金属板、接收馈电网络；其中，所述寄生贴片和辐射贴片为矩形金属贴片；所述发射馈电网络通过电磁耦合方式对寄生、辐射贴片馈电；第一接地金属板中蚀刻有缝隙，为所述辐射贴片、发射馈电网络及接收馈电网络的共同金属地；第二接地金属板蚀刻有与第一接地金属板中的缝隙相对的过孔；所述接收馈电网络通过缝隙耦合方式对寄生、辐射贴片馈电。应用本发明可以通过微带贴片既实现天线的低剖面及易于后端射频集成的性能，又可实现覆盖接收和发射双频段。

Description

双频双线极化相控阵天线及天线单元

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种双频双线极化相控阵天线及天线单元。

背景技术

随着全球互联网与物联网等业务需求的爆炸式增长，低轨卫星星座网络成为了当今和未来一段时间研究的热点，而电扫相控阵天线作为星上核心设备之一，被提出了更加严格的要求。考虑到卫星载体平台和发射成本，星载相控阵天线需要满足低剖面、重量轻、低成本性能；考虑到卫星通信的上下行频带范围、极化形式不同以及需要尽量减小天线的尺寸，星载相控阵天线需要满足双频双极化收发共用、高隔离度以及低交叉极化电平性能；考虑到需要通过地球同步卫星或空中平台，实现远距离点对点、点对多点移动卫星多媒体通信，星载相控阵天线需要满足高增益性能。因此如何根据卫星通信特点，研究设计体积小、重量轻、收发共用、隔离度高以及增益高的星载双频双线极化相控阵天线具有极大的实用价值和商业价值。

目前，常见的相控阵的形式有：微带贴片、金属喇叭、波导缝隙等。金属喇叭、波导缝隙天线因为是中空结构，能量损失小，容易实现高增益。然而这类结构剖面高、重量大、加工复杂，难与后端射频电路集成。

而现有的宽带双极化微带贴片难以覆盖接收和发射双频段以及收发端口隔离度低，难以满足卫星上下行通信以及高隔离度要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种双频双线极化相控阵天线及天线单元，可以通过微带贴片既实现天线的低剖面及易于后端射频集成的性能，又可实现覆盖接收和发射双频段，即实现双频双极化收发。

基于上述目的，本发明提供一种天线单元，包括：多层金属层的层级结构，以及相邻金属层之间用以隔离的介质层，其中，多层金属层中包括：第一金属层的寄生贴片、第二金属层的辐射贴片、第三金属层的发射馈电网络、第四金属层的第一接地金属板、第五金属层的第二接地金属板、第六金属层的接收馈电网络；

其中，所述寄生贴片和辐射贴片为矩形金属贴片；所述矩形的长、短边的长度与所述天线单元的收、发频率相应；所述发射馈电网络通过电磁耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电；

第一接地金属板中蚀刻有缝隙，为所述辐射贴片、发射馈电网络及接收馈电网络的共同金属地；第二接地金属板蚀刻有与第一接地金属板中的缝隙相对的过孔；所述接收馈电网络通过缝隙耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电。

较佳地，所述天线单元还包括：第一介质基板；以及

所述寄生贴片设于第一介质基板的下表面。

较佳地，所述天线单元还包括：环绕于所述寄生贴片的金属过孔环；以及

所述金属过孔环具体包括围绕所述寄生贴片、铺设于第一介质基板上、下表面的、一对大小相同、位置相对的金属环，以及该对金属环之间的金属化过孔。

较佳地，第一、二金属层之间的介质层具体包括空气层替代支撑板；第二、三金属层之间的介质层具体包括第二介质基板以及第一半固化片；第三、四金属层之间的介质层具体包括第三介质基板；第四、五金属层之间的介质层具体包括第二半固化片；第五、六金属层之间的介质层具体包括第四介质基板；

其中，所述辐射贴片设于第二介质基板的上表面；所述发射馈电网络设于第三介质基板的上表面，第一接地金属板设于第三介质基板的下表面；第二接地金属板设于第四介质基板的上表面，接收馈电网络设于第四介质基板的下表面。

较佳地，所述天线单元还包括：设于第四介质基板的下面、并距离第四介质基板设定高度的金属反射板。

本发明还提供一种双频双线极化相控阵天线，包括：M×N个如权利要求1-5任一所述的天线单元；其中，M、N均为大于1的整数。

本发明还提供一种双频双线极化相控阵天线，包括：4个周期分布的2×2子阵，每个2×2子阵包括周期分布的4个如上所述的天线单元。

较佳地，所述天线单元之间的发射馈电网络具体为发射小型化环形耦合器；

所述天线单元之间的接收馈电网络具体为接收小型化环形耦合器。

本发明还提供一种双频双线极化相控阵天线，包括：K个4×4天线子阵以及子阵间馈电网络；其中，K为大于0的整数；4×4天线子阵的结构与如上所述包括4个周期分布的2×2子阵的相控阵天线的结构相同；

其中，所述4×4天线子阵间的发射馈电网络包括发射阵间并联SICL馈电网络、SICL与发射同轴接头的转接器；所述4×4天线子阵间的接收馈电网络采用并联微带屏蔽线结构。

本发明还提供一种双频双线极化相控阵天线，包括：R个4×24天线行阵；其中，R为大于0的整数；所述4×24天线行阵的结构与如上所述包括6个4×4天线子阵的相控阵天线的结构相同；

其中，所述4×24天线行阵作为相控阵天线的移相模块，每个4×24天线阵底部都各有一个移相模块的发射同轴接头及接收同轴接头，通过柔性射频同轴线缆与所述相控阵天线的有源网络相连。

本发明的技术方案中的天线单元，包括多层金属层的层级结构，以及相邻金属层之间用以隔离的介质层，其中，多层金属层中包括：第一金属层的寄生贴片、第二金属层的辐射贴片、第三金属层的发射馈电网络、第四金属层的第一接地金属板、第五金属层的第二接地金属板、第六金属层的接收馈电网络；其中，所述寄生贴片和辐射贴片为矩形金属贴片；所述矩形的长、短边的长度与所述天线单元的收、发频率相应；所述发射馈电网络通过电磁耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电；第一接地金属板中蚀刻有缝隙，为所述辐射贴片、发射馈电网络及接收馈电网络的共同金属地；第二接地金属板蚀刻有与第一接地金属板中的缝隙相对的过孔；所述接收馈电网络通过缝隙耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电。本发明技术方案中，一方面寄生贴片和辐射贴片采用矩形金属贴片，利用矩形金属贴片长、短边不同的边长，激发不同频率，实现双频；另一方面发射馈电网络与接收馈电网络分层设计，两者之间设置有接地金属板，相比于现有技术中设置于同一层的发射、接收馈电网络，可以实现收发信号的良好隔离，同时，上层的发射馈电网络通过电磁耦合方式馈电，下层的接收馈电网络缝隙耦合方式馈电，又可以实现信号的传递；从而通过微带贴片既实现天线的小型化、实现天线的低剖面及易于后端射频集成的性能，又可实现接收和发射双频段，且收发端口隔离度高，可以满足卫星上下行通信以及高隔离度要求。

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、2为本发明实施例提供的一种天线单元的结构示意图；

图3a为本发明实施例提供的一种4×4相控阵天线的结构示意图；

图3b为本发明实施例提供的一种接收小型化环形耦合器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种4×24相控阵天线的结构示意图；

图5、6为本发明实施例提供的一种4×4天线子阵之间的馈电网络示意图；

图7为本发明实施例提供的一种16×24相控阵天线的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种4×24相控阵天线的反射系数S参数示意图；

图9为本发明实施例提供的一种4×24相控阵天线的发射天线增益图；

图10为本发明实施例提供的一种4×24相控阵天线的接收天线增益图；

图11为本发明实施例提供的一种16×24相控阵天线的发射天线的波束扫描增益图；

图12为本发明实施例提供的一种16×24相控阵天线的接收天线的波束扫描增益图。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明的发明人对现有的宽带双极化微带贴片进行分析，发现其发射、接收馈电网络设置于同一层，对于大规模天线阵列来说，会造成发射、接收馈电网络走线拥挤，难于布局的问题并且收发馈电网络将会互相之间形成强烈干扰，降低隔离度。

由此，本发明的发明人考虑到，一方面寄生贴片和辐射贴片采用矩形金属贴片，利用矩形金属贴片长、短边不同的边长，激发不同频率，实现双频；另一方面发射馈电网络与接收馈电网络分层设计，且两者之间还设置有接地金属板，相比于现有技术中设置于同一层的发射、接收馈电网络，可以实现收发信号的良好隔离；此外，考虑到分层的设计方式导致接收馈电网络无法直接通过电磁耦合方式对寄生贴片和辐射贴片馈电，因此，本发明技术方案中，在第一接地金属板中蚀刻有缝隙，在第二接地金属板蚀刻有与第一接地金属板中的缝隙相对的过孔，使得接收馈电网络可以通过缝隙耦合方式经过第一、二接地金属板对所述寄生贴片及辐射贴片馈电；从而通过微带贴片实现接收和发射双频段。另外，考虑到相控阵单元之间间隔较小，加载金属过孔环结构，可以阻止表面波传播，减弱阵列单元间的耦合，增加天线增益。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。

本发明实施例提供的一种天线单元，结构如图1、2所示，包括多层金属层的层级结构，以及相邻金属层之间用以隔离的介质层，其中，多层金属层从上至下依次包括：第一金属层的寄生贴片101、第二金属层的辐射贴片201、第三金属层的发射馈电网络301、第四金属层的第一接地金属板302、第五金属层的第二接地金属板402、第六金属层的接收馈电网络401。

其中，寄生贴片101和辐射贴片201为带切角的矩形金属贴片；所述矩形的长、短边的长度与所述天线单元的收、发频率相应；即所述矩形的长、短边的长度分别是按天线单元的收、发频率设计的；其中，带切角的矩形金属贴片，具体为切去四角的矩形金属贴片，切去的四角的边长可以是1mm。

发射馈电网络301通过电磁耦合方式对寄生贴片101及辐射贴片201馈电；

第一接地金属板302中蚀刻有缝隙，具体可以是耶路撒冷十字形缝隙；第一接地金属板302作为辐射贴片201、发射馈电网络301及接收馈电网络401的共同金属地，可以减小辐射贴片201与接收馈电网络401之间的耦合以及提高发射馈电网络301与接收馈电网络401之间的隔离度；

第二接地金属板402为接收馈电网络401的金属地，蚀刻有与第一接地金属板302中的缝隙相对的过孔；较佳地，过孔形状可以是八边形或圆形，过孔直径大于等于第一接地金属板302中的缝隙的长度，可以减小接收馈电网络401受多层板加工工艺的影响。

接收馈电网络401通过缝隙耦合方式对寄生贴片101及辐射贴片201馈电；通过缝隙耦合馈电可以有效增加工作带宽，降低工艺复杂度以及避免探针馈电在高低温差异大的太空环境下容易通孔失效的情况；

更优地，本发明实施例提供的一种天线单元还包括：第一介质基板1；具体地，寄生贴片101设于第一介质基板1的下表面，通过加载寄生贴片，可以获得更好的天线增益和带宽性能；

更优地，本发明实施例提供的一种天线单元还可包括：金属过孔环102；金属过孔环102环绕于寄生贴片101，可以减弱天线单元间的耦合，增加天线增益；金属过孔环102具体包括围绕寄生贴片101、铺设于第一介质基板1上、下表面的、一对大小相同、位置相对的金属环，以及该对金属环之间的金属化过孔。

其中，第一、二金属层之间的介质层具体包括空气层替代支撑板5，第二、三金属层之间的介质层具体包括第二介质基板2以及第一半固化片200；第三、四金属层之间的介质层具体包括第三介质基板3；第四、五金属层之间的介质层具体包括第二半固化片300；第五、六金属层之间的介质层具体包括第四介质基板4；

具体地，辐射贴片201设于第二介质基板2的上表面；在第一介质基板1与第二介质基板2之间设置有介电常数接近空气的空气层替代支撑板5，用于起到增加带宽、提供支撑作用。所述空气层替代支撑板5具体可以是介电常数接近空气的聚酰亚胺刚性泡沫板，厚度为2.5mm。

发射馈电网络301设于第三介质基板3的上表面，第一接地金属板302设于第三介质基板3的下表面；

第二接地金属板402设于第四介质基板4的上表面，接收馈电网络401设于第四介质基板4的下表面；

采用三层板工艺将第二介质基板2、第三介质基板3以及第四介质基板4加工为一块介质板，第一半固化片200设于第二介质基板2和第三介质基板3之间，第二半固化片300设于第二介质基板3和第三介质基板4之间。第二介质基板2与第三介质基板3通过第一半固化片200粘结在一起，第三介质基板3与第四介质基板4通过所述第二半固化片300粘结在一起。

较佳地，第一半固化片200和所述第二半固化片300的厚度均为0.11mm，第一介质基板1的厚度为0.762mm，所述第二介质基板2、第三介质基板3以及第四介质基板4的厚度均为0.508mm，金属反射板6012的厚度为2mm。

更优地，本发明实施例提供的一种天线单元还可包括：金属反射板6012。

金属反射板6012设于第四介质基板4的下面，并距离第四介质基板4设定高度，比如4mm，金属反射板6012的厚度为2mm。即金属反射板6012设于距离第四介质基板4一定高度的最底层，可以改善增益以及作为整体天线的支撑结构。

本发明实施例提供的一种双频双线极化相控阵天线，包括M×N个本发明的上述如图1、2所示的天线单元，其中所述相控阵天线的相控模块可以根据扫描角度需求合理采用本发明的天线单元；例如，可以是2×2子阵、或4×4子阵、或2×2子阵与4×4子阵的任意组合，每个4×4子阵包括4个周期分布的2×2子阵，每个2×2子阵包括4个周期分布的所述天线单元，M、N均为大于1的整数。

例如，本发明实施例提供的一种4×4的双频双线极化相控阵天线，结构如图3a所示，包括4个周期分布的2×2子阵，每个2×2子阵包括周期分布的4个本发明的上述如图1、2所示的天线单元。天线单元之间采用基于三端口耦合器的差分馈电网络连接，即天线单元之间的发射馈电网络301具体为发射小型化环形耦合器3011，天线单元之间的接收馈电网络401具体为接收小型化环形耦合器4011；发射或接收小型化环形耦合器采用枝节加载的传输线替代四分之一波长传输线，并去掉了传统环形耦合器的隔离端口，可以有效减小耦合器的物理尺寸及降低设计及加工复杂度，另外通过枝节引入的传输零点可以抑制谐波。发射及接收小型化环形耦合器结构相似，为了简单说明，图3b显示了接收小型化环形耦合器4011结构，信号从接收小型化环形耦合器输入端口一40111激励，接收输出端口二40112和接收耦合器输出端口三40113之间间隔两个接收耦合器枝节40114，从而可以实现两路宽频带的180°相位输出，因此可以实现低交叉极化电平、宽带性能。

4个2×2子阵之间的发射馈电网络301包括微带线转SICL过渡3012和发射多阶梯型阻抗匹配SICL馈电网络3013，可以拓展带宽以及减少微带线馈电网络的损耗，有效减小介质基板的介电常数随温度变化引起的带宽偏移造成的工作带宽变窄的影响。4个2×2子阵之间的接收馈电网络401采用接收多阶梯型阻抗匹配微带线馈电网络4012。

本发明的实施例提供的一种K×4×4的双频双线极化相控阵天线，包括：K个4×4天线子阵以及子阵间馈电网络；其中，K为大于0的整数；例如可以是如图4所示的4×24的双频双线极化相控阵天线的结构，包括6个4×4天线子阵以及子阵间馈电网络；其中，4×4天线子阵的结构与上述如图3所示的4×4相控阵天线的结构相同。如图4-6所示，4×4天线子阵之间的馈电网络采用并联馈电网络，波束指向与频率无关，可以实现宽带性能。4×4天线子阵间的发射馈电网络301包括发射阵间并联SICL(基片集成同轴线,SubstrateIntegrated Coaxial Line)馈电网络3014、SICL与发射同轴接头的转接器3015。发射阵间并联SICL馈电网络3014为基于SICL的小型化并联功分网络，采用多次不同宽度SICL过渡段结构，即宽——窄——宽——窄——宽SICL变化，相邻的窄SICL结构共用一条贯穿第二介质基板2、第三介质基板2的金属过孔墙，整体结构可以减小发射阵间并联SICL馈电网络3014尺寸。4×4天线子阵间的接收馈电网络401采用隔离半固化片层的并联微带屏蔽线结构4013，第四介质基板4的上表面是第二接地金属板402，将第二半固化片层300与接收馈电网络401隔离，减少了馈电线损耗以及引入半固化片层增加的表面波，贯穿第四介质基板4的金属过孔墙减小了微带线平行处的耦合。

本发明实施例提供的一种R×4×24的双频双线极化相控阵天线，包括：R个4×24天线行阵；其中，R为大于0的整数；例如，可以是如图7所示的16×24的双频双线极化相控阵天线的结构，包括4个4×24天线行阵；其中，4×24天线行阵的结构与上述如图4所示的4×24相控阵天线的结构相同；本发明技术方案中可以4×24天线行阵作为相控阵天线的移相模块，每个4×24天线阵底部都各有一个移相模块的发射同轴接头701及接收同轴接头702，通过柔性射频同轴线缆与相控阵天线的有源网络相连。4个4×24天线行阵沿着纵向依次排布，放置于盒式金属反射腔6内，最后使用安装螺钉8固定16×24天线阵。安装螺钉8的型号为M3的不锈钢内六角螺钉。本发明的实施例中安装螺钉8的安装位置以及螺钉型号并不局限，可以按照具体力学要求合理选择。

相比于现有的单元级别的微带贴片的相控阵天线中是以每个天线单元作为相控阵天线的移相模块的方案，本发明中以4×24天线行阵作为相控阵天线的移相模块的方案，大大减少了移相器数量，进而可以大大简化相控阵天线的内部有源网络，降低成本。

如图4和图7所示的盒式金属反射腔6包括支撑反射板601，以及设置于支撑反射板601四周的环形金属壁602。支撑反射板601包括厚度为2mm的金属反射板6012，以及垂直设置于金属反射板6012上的厚度为4mm的矩形或十字形的支撑金属块6011，支撑金属块6011既可以作为接收馈电网络401与金属反射板6012之间的真空支撑，又可以通过钻螺纹固定安装螺钉8。在盒式金属反射腔6安装于相控阵天线底部时，环形金属壁602设于第四介质基板4、一层聚酰亚胺刚性泡沫板的四周，可以增加天线增益和避免介质基板受到环境干扰及损坏。金属反射板6012上挖有直径为11.5mm的反射板馈电孔603，发射同轴接头701和接收同轴接头702可以穿过反射板馈电孔603，通过柔性射频同轴线缆与相控阵的有源网络相连。

上述的同轴接头具体可以是SMA同轴接头、或SMP同轴接头。

图8是本发明的4×24相控阵天线反射系数S参数示意图，可以看出在发射频带14～14.5GHz以及接收频带12.25～12.75GHz范围内，天线回波损耗小于-10dB。收发两个端口的隔离度在工作频率范围内均小于-38dB，具有良好的隔离度。

图9是本发明的4×24相控阵天线的发射天线增益图，可以看出发射天线的主极化增益、交叉极化电平分别为24.5dBi、38dB。

图10是本发明的4×24相控阵天线的接收天线增益图，可以看出接收天线的主极化增益、交叉极化电平分别为25.5dBi、57dB。

图11是本发明的16×24相控阵天线的发射天线的波束扫描增益图，可以看出发射天线在不同的波束扫描角度θ＝-4.5°、θ＝0°和θ＝-4.5°的主极化增益分别为30dBi、30.2dBi及30dB，交叉极化电平分别43dB、48dB及46dB。

图12是本发明的16×24相控阵天线的接收天线的波束扫描增益图，可以看出接收天线在不同的波束扫描角度θ＝-4.6°、θ＝0°和θ＝-4.6°的主极化增益分别为30.6dBi、31.1dBi及30.3dB，交叉极化电平分别51.7dB、50dB及53.1dB。

本发明的技术方案中的天线单元，包括多层金属层的层级结构，以及相邻金属层之间用以隔离的介质层，其中，多层金属层中包括：第一金属层的寄生贴片、第二金属层的辐射贴片、第三金属层的发射馈电网络、第四金属层的第一接地金属板、第五金属层的第二接地金属板、第六金属层的接收馈电网络；其中，所述寄生贴片和辐射贴片为矩形金属贴片；所述矩形的长、短边的长度与所述天线单元的收、发频率相应；所述发射馈电网络通过电磁耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电；第一接地金属板中蚀刻有缝隙，为所述辐射贴片、发射馈电网络及接收馈电网络的共同金属地；第二接地金属板蚀刻有与第一接地金属板中的缝隙相对的过孔；所述接收馈电网络通过缝隙耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电。本发明技术方案中，一方面寄生贴片和辐射贴片采用矩形金属贴片，利用矩形金属贴片长、短边不同的边长，激发不同频率，实现双频；另一方面发射馈电网络与接收馈电网络分层设计，两者之间设置有接地金属板，相比于现有技术中设置于同一层的发射、接收馈电网络，可以实现收发信号的良好隔离，同时，上层的发射馈电网络通过电磁耦合方式馈电，下层的接收馈电网络缝隙耦合方式馈电，又可以实现信号的传递；从而通过微带贴片既实现天线的小型化、实现天线的低剖面及易于后端射频集成的性能，又可实现接收和发射双频段，且收发端口隔离度高，可以满足卫星上下行通信以及高隔离度要求。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双频双线极化相控阵天线单元，包括：多层金属层的层级结构，以及相邻金属层之间用以隔离的介质层，其中，多层金属层从上到下依次包括：第一金属层的寄生贴片以及环绕于所述寄生贴片的金属过孔环、第二金属层的辐射贴片、第三金属层的发射馈电网络、第四金属层的第一接地金属板、第五金属层的第二接地金属板、第六金属层的接收馈电网络；

其中，所述寄生贴片和辐射贴片为矩形金属贴片；所述矩形的长、短边的长度与所述天线单元的收、发频率相应；所述发射馈电网络通过电磁耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电；所述寄生贴片设于第一介质基板的下表面；

所述金属过孔环具体包括围绕所述寄生贴片、且铺设于第一介质基板上、下表面的、一对大小相同、位置相对的金属环，以及该对金属环之间的金属化过孔；

第一接地金属板中蚀刻有缝隙，为所述辐射贴片、发射馈电网络及接收馈电网络的共同金属地；第二接地金属板蚀刻有与第一接地金属板中的缝隙相对的过孔；所述接收馈电网络通过缝隙耦合方式对所述寄生贴片及辐射贴片馈电；所述缝隙为耶路撒冷十字形缝隙。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，第一、二金属层之间的介质层具体包括空气层替代支撑板；第二、三金属层之间的介质层具体包括第二介质基板以及第一半固化片；第三、四金属层之间的介质层具体包括第三介质基板；第四、五金属层之间的介质层具体包括第二半固化片；第五、六金属层之间的介质层具体包括第四介质基板；

其中，所述辐射贴片设于第二介质基板的上表面；所述发射馈电网络设于第三介质基板的上表面，第一接地金属板设于第三介质基板的下表面；第二接地金属板设于第四介质基板的上表面，接收馈电网络设于第四介质基板的下表面。

3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，还包括：设于第四介质基板的下面、并距离第四介质基板设定高度的金属反射板。

4.一种双频双线极化相控阵天线，其特征在于，包括：M

N个如权利要求1-3任一所述的天线单元；其中，M、N均为大于1的整数。

5.一种双频双线极化相控阵天线，其特征在于，包括：4个周期分布的2

2子阵，每个2

2子阵包括周期分布的4个如权利要求1-3任一所述的天线单元。

6.根据权利要求5所述的相控阵天线，其特征在于，

所述天线单元之间的发射馈电网络具体为发射小型化环形耦合器；

所述天线单元之间的接收馈电网络具体为接收小型化环形耦合器；

其中，所述发射或接收小型化环形耦合器采用枝节加载的传输线替代四分之一波长传输线，并去掉了传统环形耦合器的隔离端口。

7.一种双频双线极化相控阵天线，其特征在于，包括：K个4

4天线子阵以及子阵间馈电网络；其中，K为大于0的整数；4

4天线子阵的结构与如权利要求5或6所述的相控阵天线的结构相同；

其中，所述4

4天线子阵间的发射馈电网络包括发射阵间并联基片集成同轴线SICL馈电网络、SICL与发射同轴接头的转接器；所述4

4天线子阵间的接收馈电网络采用并联微带屏蔽线结构。

8.一种双频双线极化相控阵天线，其特征在于，包括：R个4

24天线行阵；其中，R为大于0的整数；所述4

24天线行阵包括如权利要求7所述的6个4

4天线子阵的相控阵天线；

其中，所述4

24天线行阵作为相控阵天线的移相模块，每个4

24天线阵底部都各有一个移相模块的发射同轴接头及接收同轴接头，通过柔性射频同轴线缆与所述相控阵天线的有源网络相连。

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