CN112332085B - 一种ka波段双圆极化可切换收发天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种ka波段双圆极化可切换收发天线，包括天线辐射贴片层、天线馈电层、TR组件层和探针；天线辐射贴片层包括天线辐射贴片介质层，天线辐射贴片介质层上表面设置有从辐射贴片、下表面设置有辐射金属地层，天线辐射贴片介质层中间夹设有主辐射贴片，辐射金属地层上具有耦合缝隙；天线馈电层包括设置在辐射金属地层下方的天线馈电介质层，天线馈电介质层的下表面设有馈电金属地层，天线馈电介质层中设置有两个T型带状线馈电结构；TR组件层包括其他射频层、转接层和底部微带层；探针包括探针一和探针二。本发明通过设置天线辐射贴片层、天线馈电层、TR组件层，构成相控阵多层微波板双圆极化天线，具有宽带、宽波束的特征。

Description

一种ka波段双圆极化可切换收发天线
技术领域
本发明涉及ka波段相控阵天线领域，具体涉及一种ka波段双圆极化可切换收发天线。
背景技术
目前，毫米波有源相控阵收发组件正迈向日趋小型化的设计方向，为了提高空间利用率，射频信号必须在多层微波基板之间进行向上的传输。随着频率的升高，微波传输线和传播性能将变得越来越复杂，在多层板中其它层，比如电路层、控制层等，容易与天线层的馈点结构相互干涉，特别是双极化的结构更是增加了一倍难度，这时，必须通过转接层使两个极化的馈线分开到达芯片层与之连接。
在阵列天线理论中，阵元组阵时受到扫描角与阵元间距的限制条件，因此单元尺寸必须小于工作频带最高频对应波长一半；天线单元在很宽的工作频带内的辐射方向图必须保持不变或者变化很小，这也加大了对小型化宽带天线进行小型化设计的难度。对于低频段工作时，单元间距(电尺寸)减小后阵元间的互耦效应会迅速增大，使阵列的辐射性能不符合预期，尤其是在大角度扫描情况下，互耦效应会对阵列性能产生较大的影响甚至会使阵列无法正常工作，因此改善宽带相控阵天线单元之间的互耦环境是保证其能够在宽带宽角扫描状态下正常工作的关键。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种ka波段双圆极化可切换收发天线，具有较宽的带宽和波束宽度和较高的极化隔离度，在组成阵列后在，能够有效地减小大角度扫描时的增益损失。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明一种ka波段双圆极化可切换收发天线，包括从上至下依次设置的天线辐射贴片层、天线馈电层、TR组件层和穿插于各层间的探针；所述天线辐射贴片层包括天线辐射贴片介质层，天线辐射贴片介质层上表面设置有从辐射贴片、下表面设置有辐射金属地层，天线辐射贴片介质层中间夹设有主辐射贴片，辐射金属地层上具有耦合缝隙，所述耦合缝隙位置及形状与辐射贴片的位置和形状相匹配；所述天线馈电层包括设置在辐射金属地层下方的天线馈电介质层，天线馈电介质层的下表面设有馈电金属地层，天线馈电介质层中设置有两个T型带状线馈电结构；所述TR组件层包括其他射频层、转接层和底部微带层；探针包括探针一和探针二，探针一的一端连接T型带状线馈电结构，另一端连接到转接层的转接带状线；探针二的一端连接转接层的转接带状线，另一端连接底层微带线。
本发明通过设置天线辐射贴片层、天线馈电层、TR组件层，构成相控阵多层微波板双圆极化天线，具有宽带、宽波束的特征；本发明天线的微带到带状线垂直互联，中间通过转接层过渡结构构成，能使两个极化与芯片很好的连接而不至于交错干涉，以免与其他层走线互相干扰；其中天线为双层辐射贴片，具有增加带宽的功能，辐射贴片两角被切去一些，形成圆极化天线；T型馈电结构通过耦合缝隙耦合，将信号能量传递到主辐射贴片；探针一贯穿于天线馈电层和TR组件层，一端连接带状线馈线，另一端连接TR转接层内的转接带状线，探针二连接TR转接层内的转接带状线和底层的微带线，微带线连接芯片通道，实现两个极化与芯片的分别连接。
天线辐射贴片介质层上从辐射贴片和主辐射贴片周围设置有相连的金属条框和金属化过孔，辐射金属地层与金属条框通过金属化过孔连接，在组阵后可以增大阵列中天线单元间的隔离度，减小有源驻波，使得阵列大角度扫描时增益损失尽可能小。
从辐射贴片面积大于主辐射贴片，以增加天线的带宽和辐射性能。
馈电金属地层上有反焊盘，反焊盘环绕探针设置，用以隔离所述探针和馈电金属地层，防止短路，反焊盘直径要大于探针直径至少0.4mm，这样反焊盘具有一定匹配调节作用。
耦合缝隙的形状为H型或直线型或其它能满足性能的形状，缝隙长度和宽度影响天线匹配，能够达到增加带宽的效果,。
探针垂直于天线馈电层和TR组件层，探针周围至少有四个平行于探针的接地孔，起到屏蔽信号能量作用，使信号能量能沿着探针向上传播，避免信号扩散到介质层，以使得信号能量尽可能在介质中较少损耗。
两个T型带状线馈电结构之间设置有一至两排隔离孔，相邻隔离孔之间的间距小于最大频率介质波长的1/8，能够增加两个极化之间的隔离度，减小轴比的功能，交叉极化对主极化影响更小，减小两个极化之间的相互干扰。
辐射金属地层四周有直径为0.4mm的圆形孔，在满足工艺加工情况下也可以变为其他大小，用来在组阵后增加单元之间的隔离度，减小单元间的互耦效应，使得大角度扫描增益损失减少。
所述T型带状线馈电结构与耦合缝隙的长边垂直，垂直切割电磁线会使得辐射性能最强，以达到最强耦合效果。
所述反焊盘为介质填充的介质盘，增加结构的可靠性。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种ka波段双圆极化可切换收发天线，接收天线和发射天线都有左旋圆极化和右旋圆极化两种极化形式，并且在使用中可以任意切换。
2、本发明一种ka波段双圆极化可切换收发天线，天线单元有较宽的带宽、较宽的波束，以较高的极化隔离度。
3、本发明一种ka波段双圆极化可切换收发天线，天线层与TR层集成在一起，优化了加工工艺，减少了材料成本，相控阵整机也能更易与别的系统集成。
4、本发明一种ka波段双圆极化可切换收发天线，单元四周具有金属条框和金属化过孔，在组阵后能增加单元之间的隔离度，且能有效减小大角度扫描时的增益损失。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明天线单元俯视图。
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，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1和图2所示，本发明一种ka波段双圆极化可切换收发天线，包括从上至下依次设置的天线辐射贴片层、天线馈电层、TR组件层和穿插于各层间的探针；
所述天线辐射贴片层包括天线辐射贴片介质层100，天线辐射贴片介质层上表面设置有从辐射贴片101、下表面设置有辐射金属地层，天线辐射贴片介质层中间夹设有主辐射贴片102，辐射金属地层上开设有两个H型耦合缝隙105和106，分别为右旋圆极化和左旋圆极化的馈电位置，介质层四周设置有金属条框103和金属化过孔104，其中金属化过孔连接辐射金属地层与金属条框103；
所述天线馈电层包括设置在辐射金属地层下方的天线馈电介质层，天线馈电介质层的下表面设有馈电金属地层，天线馈电介质层中设置有两个T型带状线馈电结构201和202；
所述TR组件层包括其他射频层、转接层和底部微带层；
探针包括探针一107和探针二108，探针一的一端连接T型带状线馈电结构，另一端连接到转接层的转接带状线；探针二的一端连接转接层的转接带状线，另一端连接底层微带线。
本发明天线具有增加单元带宽，增加单元波束宽度，增减阵列扫描性能的显著特点
优选的，天线辐射贴片介质层上从辐射贴片和主辐射贴片周围设置有相连的金属条框和金属化过孔，辐射金属地层与金属条框通过金属化过孔连接，在组阵后可以增大阵列中天线单元间的隔离度，减小有源驻波，使得阵列大角度扫描时增益损失尽可能小。
优选的，从辐射贴片面积大于主辐射贴片，用以增强辐射性能。
优选的，馈电金属地层上有反焊盘204和205，反焊盘环绕探针设置，反焊盘包括介质填充的介质盘，用以隔离所述探针和馈电金属地层，反焊盘直径要大于探针直径至少0.4mm，这样反焊盘具有一定匹配调节作用。
优选的，耦合缝隙的形状为H型或直线型或其它能满足性能的形状，能够达到增加带宽的效果。
优选的，探针垂直于天线馈电层和TR组件层，探针周围至少有四个平行于探针的接地孔，起到屏蔽信号能量作用，使信号能量能沿着探针向上传播，避免信号扩散到介质层，使能量损失。
优选的，两个T型带状线馈电结构之间设置有一至两排隔离孔203，相邻隔离孔之间的间距小于最大频率介质波长的1/8，能够增加两个极化之间的隔离度，减小轴比的功能，减小两个极化之间的相互干扰。
优选的，辐射金属地层四周有直径为0.4mm的圆形孔206和207，在满足工艺加工情况下也可以变为其他大小，用来在组阵后增加单元之间的隔离度，减小单元间的互耦效应，使得大角度扫描增益损失减少。
优选的，所述T型带状线馈电结构与耦合缝隙的长边垂直，以达到最强耦合效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种ka波段双圆极化可切换收发天线，其特征在于，包括从上至下依次设置的天线辐射贴片层、天线馈电层、TR组件层和穿插于各层间的探针；
所述天线辐射贴片层包括天线辐射贴片介质层，天线辐射贴片介质层上表面设置有从辐射贴片、下表面设置有辐射金属地层，天线辐射贴片介质层中间夹设有主辐射贴片，辐射金属地层上具有耦合缝隙，所述耦合缝隙位置及形状与辐射贴片的位置和形状相匹配；
所述天线馈电层包括设置在辐射金属地层下方的天线馈电介质层，天线馈电介质层的下表面设有馈电金属地层，天线馈电介质层中设置有两个T型带状线馈电结构；
所述TR组件层包括其他射频层、转接层和底部微带层；
探针包括探针一和探针二，探针一的一端连接T型带状线馈电结构，另一端连接到转接层的转接带状线；探针二的一端连接转接层的转接带状线，另一端连接底层微带线；
天线辐射贴片介质层上从辐射贴片和主辐射贴片周围设置有相连的金属条框和金属化过孔，辐射金属地层与金属条框通过金属化过孔连接；
探针垂直于天线馈电层和TR组件层，探针周围至少有四个平行于探针的接地孔；
两个T型带状线馈电结构之间设置有一至两排隔离孔。
2.根据权利要求1所述的一种ka波段双圆极化可切换收发天线，其特征在于，从辐射贴片面积大于主辐射贴片。
3.根据权利要求1所述的一种ka波段双圆极化可切换收发天线，其特征在于，馈电金属地层上有反焊盘。
4.根据权利要求1所述的一种ka波段双圆极化可切换收发天线，其特征在于，耦合缝隙的形状为H型或直线型。
5.根据权利要求1所述的一种ka波段双圆极化可切换收发天线，其特征在于，辐射金属地层四周有直径为0.4mm的圆形孔。
6.根据权利要求1所述的一种ka波段双圆极化可切换收发天线，其特征在于，所述T型带状线馈电结构与耦合缝隙的长边垂直。
7.根据权利要求3所述的一种ka波段双圆极化可切换收发天线，其特征在于，所述反焊盘为介质填充的介质盘。
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