CN112993571B - 一种天线单元、阵列天线及通信装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种天线单元、阵列天线及通信装置，天线单元包括自上而下沿第一方向排列且具有相同中心轴的辐射波导、圆极化器和正交模耦合器，圆极化器具有与辐射波导连接的前端口和与正交模耦合器连接的后端口，正交模耦合器包括第一耦合区波导、第二耦合区波导、第一端口和第二端口，第一端口朝向第二方向，第二端口朝向第三方向，第一耦合区波导和第二耦合区波导为圆波导，第一耦合区波导的直径大于第二耦合区波导的直径以形成阶梯结构。阵列天线包括天线子阵，天线子阵包括至少两个上述天线单元、第一功分器和第二功分器。通信装置包括通信装置本体和上述阵列天线。本申请提供的一种天线单元、阵列天线及通信装置，有效提高工作带宽。

Description

一种天线单元、阵列天线及通信装置

技术领域

本申请属于天线技术领域，更具体地说，是涉及一种天线单元、阵列天线及通信装置。

背景技术

天线作为现代通信中的重要一环，随着科技的发展，各类通信装置工作频率和带宽要求越来越高，例如，卫星通信具有通信距离远、通信范围广、组网快速灵活等特点，已广泛应用于全球各个区域。随着同步轨道高通量卫星及低轨卫星的逐步发展及应用，卫星的传输带宽越来越宽，使用成本也越来越低。在卫星通信系统中，一条卫星通信链路通常包括发端地球站、上行链路、卫星、下行链路、收端地球站，发端地球站和收端地球站均需要依靠终端天线来实现信号的收发。

高通量卫星工作频段在传统卫星基础上进行了进一步扩展，以Ka频段卫星为例，其接收和发射频率会扩展到17.7GHz-21.2GHz和27.5 GHz-31.0GHz，如果地面终端天线按照此频率进行接收面和发射面设计，其总体工作频率要覆盖到17.7GHz-31.0GHz，相对带宽（信号带宽与中心频率之比，即ffoc=2(fH-fL)/(fH+fL)，其中fH和fL分别表示上限频率和下限频率）达到54%以上。现有的终端天线，尤其是车载卫星通讯装置和机载卫星通讯装置等移动卫星通信装置中的天线，不仅要求天线带宽满足高通量卫星通信，还对天线的体积有着严格的限制，现有的阵列天线，一般会选择采用方波导隔板圆极化器方案，但此类方案虽然能够满足移动卫星通信装置对天线体积的要求，但是其工作带宽有限，并且在传输较宽频带的信号时，容易超出波导端口的主模频率，出现高次谐波问题，并且端口之间的隔离度较差，容易产生收发干扰的问题，从而影响天线的传输效率和工作性能。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种天线单元，以解决现有技术中存在的天线尺寸、天线带宽和端口隔离度难以满足现有通信要求以及传输效率欠佳的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

第一方面：提供一种天线单元，包括自上而下沿第一方向排列且具有相同中心轴的辐射波导、圆极化器和正交模耦合器，所述第一方向垂直于所述天线单元所布置的第一平面，所述圆极化器具有与所述辐射波导连接的前端口和与所述正交模耦合器连接的后端口，所述正交模耦合器包括连接于所述后端口的第一耦合区波导、连接于所述第一耦合区波导的第二耦合区波导、以及贯穿所述第一耦合区波导侧壁的第一端口和贯穿所述第二耦合区波导侧壁的第二端口，所述第一耦合区波导和所述第二耦合区波导沿所述第一方向设置，所述第一端口朝向第二方向且用于接收由所述正交模耦合器分离的正交极化波信号，所述第二端口朝向第三方向且用于向所述正交模耦合器发射正交极化信号波，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直，所述第一耦合区波导和所述第二耦合区波导为圆波导，且所述第一耦合区波导的直径大于所述第二耦合区波导的直径以形成阶梯结构。

可选地，所述第一耦合区波导具有与所述后端口连接的公共端口和与所述第二耦合区波导连接的连接端口，所述第一端口贯通设置于所述第一耦合区波导的侧壁，所述第二端口贯通设置于所述第二耦合区波导的侧壁。

可选地，所述第一耦合区波导和所述第二耦合区波导均呈圆筒形，所述圆极化器的后端口直径与所述公共端口的直径相同。

可选地，所述连接端口为圆环件，所述圆环件的外缘连接于所述第一耦合区波导的侧壁，所述圆环件的内缘连接于所述第二耦合区波导的侧壁。

可选地，所述第一端口呈矩形，所述第一端口的长边平行于所述第一方向，所述第一端口的短边平行于所述第三方向；和/或，所述第二端口呈矩形，所述第二端口的长边平行于所述第一方向，所述第二端口的短边平行于所述第二方向。

可选地，所述第一端口沿所述第一方向延伸至所述第二耦合区波导的侧壁并于所述第二耦合区波导的侧壁形成缺口；在所述第一方向上，所述第一端口的长度大于所述第二端口的长度，所述第二端口位于所述缺口的下方。

可选地，所述圆极化器的内侧壁具有两个相对设置的膜片，两个所述膜片中心位置处之间的连线穿过所述圆极化器的中轴线，且所述连线在所述第一平面上的投影与所述第二方向和所述第三方向形成有45度的夹角。

可选地，所述膜片包括连接于所述圆极化器的侧壁的连接部，以及由所述连接部朝所述圆极化器内部延伸所形成的阶梯部；所述连接部包括两个相对设置的弧形连接部和两个相对设置的直板连接部，所述弧形连接部和所述直板连接部相邻设置；所述阶梯部包括第一阶梯部和两个第二阶梯部，两个所述第二阶梯部分别连接于所述第一阶梯部的两侧，以形成侧面呈“凸”字形结构。

本申请实施例提供的天线单元至少具有如下的有益效果：本申请的天线单元在应用于通讯装置时，利用圆极化器中将辐射波导接收的圆极化波信号转化为线极化波信号，并通过正交模耦合器将线极化波信号分离为水平极化信号和垂直极化信号，而后通过设置于正交模耦合器的第一端口将信号波传输至功分器网络，相较于现有的方波导隔板圆极化器，本申请天线单元圆极化转线极化和正交分离分别通过圆极化器和正交模耦合器实现，能够有效避免出现高次谐波等问题，具有工作效率高且性能佳的特点，同时本申请天线单元通过第一耦合区波导和第二耦合区波导的阶梯结构，有效提高第一端口和第二端口之间的端口隔离度，并且第一端口和第二端口分别朝向于第二方向和第三方向，能够有效减少天线单元的尺寸以及在天线单元连接于功分器网络后天线的整体体积，克服了现有技术中存在的天线尺寸与工作带宽和端口隔离度相互冲突的问题，本申请的天线单元能够在满足高通量卫星通信带宽的前提下，符合车载卫星通信天线以及机载卫星通信天线等对天线体积要求较高的通讯装置的要求。另外，本申请可以对第一端口和第二端口的频段进行扩展，进一步扩展工作带宽。

第二方面：本申请还提供了一种阵列天线，包括至少一个部署在所述第一平面上的天线子阵，所述天线子阵包括至少两个上述的天线单元，以及连接于所述第一端口的第一功分器和连接于所述第二端口的第二功分器，所述第一功分器通过所述第一端口接收正交极化信号波，所述第二功分器通过所述第二端口发射正交极化信号波。

本申请实施例提供的阵列天线，具有上述天线单元，利用天线单元中的圆极化器和正交模耦合器来实现波信号的转换和分离，相较于现有的利用方波导隔板圆极化器的阵列天线而言，本申请阵列天线的效率更高、性能更佳且带宽更高，有效解决了现有的天线带宽不足的问题，使得通信装置的工作频率和工作带宽能够满足高通量卫星及其他高带宽场景下进行通信的要求。

第三方面：本申请还提供了一种通信装置，包括通信装置本体和上述的一种阵列天线。

本申请实施例提供的通信装置，具有上述阵列天线，利用阵列天线中的圆极化器和正交模耦合器来实现波信号的转换和分离，相较于现有的方波导隔板圆极化器的阵列天线而言，本申请阵列天线的效率更高、性能更佳且带宽更高，有效解决了现有的天线带宽不足的问题，使得通信装置的工作频率和工作带宽能够满足高通量卫星及其他高带宽场景下进行通信的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种天线单元的立体结构示意图；

图2 为本申请实施例提供的一种天线单元的爆炸结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种天线单元的正交模耦合器的立体结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种天线单元的圆极化器的立体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种天线单元的圆极化器的俯视图；

图6为图5中的A-A剖线处的剖视图；

图7为本申请实施例提供的一种天线单元的圆极化器和正交模耦合器的俯视图；

图8为本申请实施例提供的一种阵列天线的立体结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种阵列天线的功分器的立体结构示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种阵列天线的立体结构示意图；

图11为本申请实施例提供的另一种阵列天线的功分器的立体结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10、辐射波导；101、谐振腔；102、上开口；103、下开口；

20、圆极化器；201、前端口；202、后端口；21、膜片；211、阶梯部；211a、第一阶梯部；211b、第二阶梯部；212、连接部；212a、弧形连接部；212b、直板连接部；

30、正交模耦合器；31、第一耦合区波导；311、第一端口；312、公共端口；313、连接端口；32、第二耦合区波导；321、第二端口；322、缺口；

41、第一功分器；411、一级功分器；412、二级功分器；413、零级功分器；42、第二功分器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例/实施方式的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本申请中各个具体技术特征/实施例/实施方式的各种可能的组合方式不再另行说明。

请一并参阅图1及图2，为了方便说明，本实施例以图1为例，图1中示意了以O为原点的三轴直角坐标系，其中，Z轴方向为第一方向，Y轴方向为第二方向，X轴方向为第三方向，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直。本申请实施例提供了一种天线单元，其可以应用于通信装置的阵列天线上，尤其是搭载有车载卫星通信天线和机载卫星通信天线等对天线体积要求较高的通信装置，天线单元包括自上而下沿第一方向排列的辐射波导10、圆极化器20和正交模耦合器30，辐射波导10、圆极化器20和正交模耦合器30具有相同的中心轴，第一方向垂直于天线单元所布置的第一平面，其中，圆极化器20具有前端口201和后端口202，以图2为例，前端口201是指圆极化器20朝向Z轴正向开口的端口，后端口202是指圆极化器20朝向Z轴负向开口的端口，前端口201连接于辐射波导10，后端口202连接于正交模耦合器30。请一并参阅图2和图3，正交模耦合器30包括第一耦合区波导31、第二耦合区波导32、第一端口311和第二端口321，第一耦合区波导31和第二耦合区波导32可以为圆波导并沿第一方向设置，且第一耦合区波导31的两端分别连接于圆极化器20和第二耦合区波导32，第一耦合区波导31的直径大于第二耦合区波导32的直径，使得第一耦合区波导31和第二耦合区波导32形成阶梯结构。第一端口311贯穿第一耦合区波导31的侧壁并朝向第二方向，第二端口321贯穿第二耦合区波导32的侧壁并朝向第三方向。

具体应用中，本实施例中的天线单元在应用于通信装置时，可以根据实际情况合理设置天线单元的数量和排列方式，第一端口311和第二端口321可以连接于功分器网络，天线单元中的第一端口311可以用于接收信号波，第二端口321可以用于发射信号波，天线单元可以设置有多个以形成阵列天线，天线单元在通过辐射波导10接收到信号后，可以通过圆极化器20将圆极化波转换为线极化波，而后通过正交模耦合器30将线极化波分离成正交极化信号波，例如分离成水平极化波和垂直极化波，水平极化波和垂直极化波可以从第一端口311输出至功分器网络；与之相反的，功分器网络可以从第二端口321输入正交极化信号波（如水平极化波和垂直极化波），并通过正交模耦合器30合成线极化波，而后通过圆极化器20将线极化波转化为圆极化波，再通过辐射波导10辐射出去。如此，相较于现有的方波导隔板圆极化器而言，本申请通过圆极化器20和正交模耦合器30分别实现圆极化波与线极化波的转换，以及线极化波与正交极化波的转换，有效提高工作效率和工作性能，同时基于此，本实施例的天线单元在收发信号时，第一端口311和第二端口321不会超出其主模频，有效避免出现高次谐波的问题，保障通信装置正常运行，具有信号传输效率高且性能稳定的特点。

本实施例中的第一耦合区波导31的直径大于第二耦合区波导32的直径，并在两者间形成阶梯结构，通过利用波导尺寸与信号波工作波长的关系可知（即波导的尺寸越大，其对应的工作波长便越长），第一耦合区波导31的工作波长相对较长，工作频率相对较低，第二耦合区波导32的工作波长相对较短，工作频率相对较高，如此，在接收信号波时，第二耦合区波导32便无法通过波长较长且频率较低的信号波，有效提高第一端口311和第二端口321的端口隔离度（即信号波泄漏到其他端口的功率与输入功率之比），提高信号波的纯净度，从而提高通信装置的工作性能。同时，基于第一耦合区波导31和第二耦合区波导32的阶梯结构，以及第一端口311和第二端口321分别朝向于第二方向和第三方向的结构，使得正交模耦合器30的尺寸以及正交模耦合器30连接于功分器网络后阵列天线的整体尺寸能够有效减少，具体地，天线单元在应用于阵列天线和通信装置时，阵列天线一般会排列有多个天线单元，本实施例天线单元中的第二耦合区波导32的体积较小，可以直接减小天线单元的占用空间，而分别朝向于第二方向和第三方向的第一端口311和第二端口321在连接功分器网络后，能够减少阵列天线在第一方向上的高度，减小阵列天线的体积和占用空间。同时，相邻天线单元之间的间隙，尤其是相邻第二耦合区波导32之间的间隙受益于较小的体积，能够方便功分器网络的安装连接，从整体上减小阵列天线的体积和占用空间。如此本实施例的天线单元能够在满足高通量卫星通信带宽的前提下，又符合车载卫星通信装置以及机载卫星通信装置等对天线体积要求较高的移动卫星通信装置的要求，克服了现有技术中存在的阵列天线尺寸与工作带宽和端口隔离度相互冲突的技术问题（即现有技术中体积较小的阵列天线，其工作带宽较小且端口隔离度较差），满足高通量卫星的通信要求。并且本实施例的第一端口311和第二端口321分离设计，在应用于通信装置时，可以分别对第一端口311和第二端口321的频段进行扩展，以进一步提高天线单元的工作带宽。

具体应用中，第一耦合区波导31和第二耦合区波导32可以一体成型连接，从而进一步减小第一耦合区波导31和第二耦合区波导32的体积，也有利于提高正交模耦合器30的结构强度和气密性。

具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参阅图1，正交模耦合器30的底面可以与第一平面（即由第二方向和第三方向构成的平面）平行，并且辐射波导10、圆极化器20和正交模耦合器30的中轴线可以在同一直线上，优选地，辐射波导10、圆极化器20和正交模耦合器30的中轴线在同一直线上且平行于Z轴，即辐射波导10、圆极化器20和正交模耦合器30可以同轴设置。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，请一并参阅图2和图3，第一耦合区波导31具公共端口312和连接端口313，其中第一耦合区波导31通过公共端口312与圆极化器20的后端口202连接，并通过连接端口313与第二耦合区波导32连接，第一端口311贯穿于第一耦合区波导31的侧壁，第二端口321贯穿于第二耦合区波导32的侧壁。现有的正交模耦合器的接收端口一般设置于侧壁，发射端口一般设置于底部，在连接功分器网络后，占用的空间较大，尤其是在第一方向上所占用的空间，导致阵列天线的尺寸较为臃肿，在阵列天线中，天线单元往往设置有多个，会进一步增加天线的尺寸，难以应用于车载卫星通信天线和机载卫星通信天线等对天线体积要求较高的场景。而本实施方式将第一端口311和第二端口321设置于第一耦合区波导31和第二耦合区波导32的侧壁，可以使天线单元在连接于功分器网络后，占用的空间更少，并且在应用于阵列天线后，各天线单元之间的间隔可以更小，设计对应的功分器网络时，可以使功分器网络结构更紧凑，进一步减少阵列天线的尺寸，克服现有天线中因尺寸问题而影响其应用场景的问题。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参阅图3，第一耦合区波导31和第二耦合区波导32可以呈圆筒形，即第一耦合区波导31和第二耦合区波导32可以均为圆波导，第一耦合区波导31和第二耦合区波导32可以同轴设置。圆极化器20的后端口202直径可以与公共端口312的直径相同，第一耦合区波导31的内直径可以大于第二耦合区波导32的内直径，第二耦合区波导32的一端连接于第一耦合区波导31的连接端口313，第二耦合区波导32的另一端设置有圆波导短路片（图中未标识，即圆波导短路片设置于第二耦合区波导32的底部）。如此，通过第一耦合区波导31和第二耦合区波导32形成阶梯式的圆波导，可以提高第一端口311和第二端口321的隔离度，进一步提高工作效率。

需要说明的是，本实施例中的第一耦合区波导31和第二耦合区波导32可以均采用薄壁结构，第一耦合区波导31的内直径和外直径可以大致看作是相同的，第二耦合区波导32的内直径和外直径可以大致认看作相同，即第一耦合区波导31和第二耦合区波导32的内部和外部均形成阶梯结构。具体应用中，若第一耦合区波导31和第二耦合区波导32不采用薄壁结构，即内直径和外直径不同的情况下，可以在第一耦合区波导31和第二耦合区波导32的内部形成阶梯结构，而外部可以不形成阶梯结构。

具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参考图3，连接端口313可以为圆环件，圆环件的外缘连接于第一耦合区波导31的侧壁，圆环件的内缘可以连接于第二耦合区波导32的侧壁，以形成同轴设置的阶梯结构。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，请继续参阅图3，第一端口311和第二端口321可以均呈矩形（于第一耦合区波导31和第二耦合区波导32的径向由外向内观察），或者其中一个为矩形，当然在其他实施例中也可以为其他合适的结构。具体地，第一端口311的长边平行于第一方向，第一端口311的短边平行于第三方向；和/或，第二端口321的长边平行于第一方向，第二端口321的短边平行于第二方向。优选地，本实施方式中，第一端口311的长边平行于第一方向，第一端口311的短边平行于第三方向；且第二端口321的长边平行于第一方向，第二端口321的短边平行于第二方向，以使第一端口311和第二端口321的朝向相垂直，有利于信号波的转换和分离合成。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，请继续参阅图3，第一端口311朝第二耦合区波导32的方向延伸并沿着第一方向继续向下延伸至第二耦合区波导32的侧壁，进而在第二耦合区波导32的侧壁上形成了一个缺口322，在第一方向上，第一端口311的长度可以大于第二端口321的长度，第二端口321可以位于前述缺口322的下方（即第二端口321的水平高度低于该缺口322，也即第一端口311和第二端口321在第一方向上不重叠），这样可以更好的进行第一端口311耦合，实现阻抗匹配。进一步地，第二端口321与连接端口313之间具有间距，即第二耦合区波导32的高度大于第二端口321的长边。如此，可以在不影响第一端口311和第二端口321正常工作的前提下，降低正交模耦合器30高度，减小天线单元在第一方向上所占用的空间，使天线单元的结构更为紧凑，同时，可以实现阻抗变换，有利于天线单元的驻波和端口隔离度等性能的提升。

具体地，第一端口311可以略凸出于第一耦合区波导31的外侧壁（参考图7），第二端口321可以凸出于第二耦合区波导32的外侧壁，以便于与功分器网络连接。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，请参阅图4，圆极化器20可以呈圆筒形，圆极化器20的后端口202内直径可以与公共端口312的内直径相同，同时为了便于加工装配，圆极化器20后端口202的外直径也可以与公共端口312的外直径相同。

可选地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请一并参阅图4和图5，圆极化器20的内侧壁具有两个相对设置的膜片21，膜片21可以为金属材料制成，其可作为移相器，对发射和接收的信号波进行相位调整，实现圆极化波与线极化波的转换调整。两组膜片21分别设置于圆极化器20的相对两侧壁，两组膜片21中心位置之间的连线（可参考图5中的A-A剖线）落在圆极化器20截面的一直径上。请参考图7，圆极化器20具有一中轴线（可参考图6中的B-B线） ，两个膜片21中心位置之间的连线穿过圆极化器20的中轴线，且该连线在第一平面（即第三方向和第二方向所形成的平面）的投影与第二方向和第三方向分别形成有45度的夹角（即图7中的α和β）。具体应用中，根据圆极化器20和正交模耦合器30摆放位置的不同，该夹角也可以为-45度。

具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请一并参阅图4至图6，膜片21可以为阶梯式膜片21，请参阅图4，膜片21可以包括连接部212和阶梯部211，其中，连接部212的一侧连接于圆极化器20的内侧壁，连接部212的另一侧朝圆极化器20内部延伸以形成阶梯部211。

更具体地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请一并参阅图4至图6，连接部212可以包括两个相对设置的弧形连接部212a和两个相对设置的直板连接部212b，弧形连接部212a和直板连接部212b可以相邻设置；阶梯部211可以包括第一阶梯部211a和两个第二阶梯部211b，两个第二阶梯部211b分别连接于第一阶梯部211a的两侧，以形成侧面呈“凸”字形结构。

可选地，阶梯部211在圆极化器20内侧壁上的投影可以呈长方形且具有相互垂直的长边和短边，其长边可以平行于圆极化器20的中轴线，两个直板连接部212b分别连接于阶梯部211的两个短边，两个弧形连接部212a分别连接于阶梯部211的两个长边，且两个弧形连接部212a均朝圆极化器20的外侧拱起，但不凸出于圆极化器20的外侧壁。

作为本实施例的其中一种可选实施方式，请重新参阅图1，辐射波导10可以为开口方波导、开口圆波导或角锥喇叭波导。具体地，辐射波导10包括谐振腔101、设置于谐振腔101两端的上开口102和下开口103，上开口102可以朝向Z轴正向，下开口103可以朝向Z轴负向并连接于圆极化器20的前端口201，上开口102的尺寸可以大于下开口103的尺寸，使得谐振腔101呈喇叭状。优选地，本实施方式的辐射波导10为角锥喇叭，角锥喇叭可以从下开口102到上开口103逐渐张开，有利于信号波的发射和接收。

本申请实施例还提供了一种阵列天线，请参阅图8，包括至少一个部署在第一平面上的天线子阵，天线子阵包括至少两个上述天线单元以及第一功分器41和第二功分器42，第一功分器41连接于第一端口311，第二功分器42连接于第二端口321，第一功分器通过第一端口接收正交极化信号波，第二功分器通过第二端口发射正交极化信号波。本实施例中的阵列天线具有上述的天线单元，使得阵列天线的体积较小，工作带宽较高且端口隔离度较佳，本实施例的阵列天线可以应用在卫星通信链路的地球站中，具体地，阵列天线可以应用于车载卫星通信天线、船载卫星通信天线以及机载卫星通信天线上。具体应用中，阵列天线可以根据其应用的通信装置，选择合适数量的天线单元，并且天线单元的排列方式可以灵活调整，本实施例不加以限制。

可选地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，请一并参阅图8和图9，天线单元可以阵列设置有四个，呈2*2分布，具体地，四组天线单元的朝向可以相同，即各天线单元的第一端口311均朝向第二方向，且第二端口321均朝向第三方向。

可选地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，第一功分器41和第二功分器42可以于Z轴方向上下层叠设置，各天线单元的正交模耦合器30之间具有一定的空隙，第一功分器41和第二功分器42可以放置于该空隙中，使得阵列天线的结构更为紧凑，以减少阵列天线的占用空间。

可选地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，第一功分器41和第二功分器42可以均为一分四功分器。具体地，请参阅图9，第一功分器41和第二功分器42可以均包括一个一级功分器411和两个二级功分器412，以第一功分器41为例，一级功分器411和二级功分器412可以均呈“T”型结构且均具有一个输入端口和两个输出端口，两个二级功分器412的输入端口分别连接于一级功分器411的两个输出端口，两个二级功分器412的输出端口可以均朝向同一方向并分别连接于各天线单元的第一端口311，这样，一个阵列天线中的四个天线单元的第一端口311可以朝向相同的方向，如此，通过一级功分器411和二级功分器412能够形成一个功分器网络，能够使四路信号合成一路信号，或者使一路信号分成四路信号。

具体地，请参阅图9，本实施方式中的一级功分器411和二级功分器412可以均为ET功分器，即E面波导T型功率分配器，E面指的是与电场方向平行的方向图切面，T型指的是功分器所包括三个端口在同一平面形成T型结构，输入端口位于正中间，两侧分别为两个输出端口，具体地，本实施方式中的一级功分器411在靠近输入端口的部位可以弯折设置，以形成让位结构用于供天线单元放置，使阵列天线整体的结构更为紧凑。当然，在别的实施方式中，一级功分器411和二级功分器412可以为其他类型的功分器，本实施例不加以限制。

具体应用中，天线单元的数量可以根据实际情况设置，同时功分器网络中的功分器数量和摆放方式等可以对应设置，示例性的，请参阅图10，天线单元可以呈4*4分布，各天线单元的朝向可以相同，即各天线单元的第一端口311朝向第二方向，且各第二端口321朝向第三方向，每四组天线单元可以形成一组天线子阵（参考图8），各组天线子阵的排列形式可以相同，每组天线子阵均连接有第一功分器41和第二功分器42。

具体地，请参阅图11，各天线子阵的第一功分器41可以通过零级功分器413连接，各第二功分器42可以通过另一零级功分器413连接，且零级功分器413可以为一分四功分器，具体地，零级功分器413具有一个输入端口和四个输出端口，其输入端口可以与通信装置本体连接，四个输出端口分别连接于各天线子阵的第一功分器41（或第二功分器42）的输入端口，当然，也可以根据实际情况选择不同类型、型号的功分器。

可选地，作为本实施例的其中一种可选实施方式，辐射波导10、正交模耦合器30、圆极化器20和功分器可以均采用金属材料制成，例如铸铁、不锈钢或铝合金等，并且辐射波导10、正交模耦合器30、圆极化器20和功分器可以为薄壁结构，降低阵列天线的重量。

本申请实施例还提供了一种通信装置，包括通信装置本体和上述的一种阵列天线，具体地，本实施例中的通信装置可以用于卫星通信链路的地球站中，或者其他对工作频率和带宽要求较高的场景，尤其是车载卫星通信装置和机载卫星通信装置等对天线体积要求较高的通信装置，本实施例通信装置中的阵列天线可以提供足够的带宽，相对带宽可以达到54%以上，满足卫星通讯的要求，并且阵列天线中的体积较小，能够满足车载卫星通信装置和机载卫星通信装置的体积尺寸要求。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线单元，其特征在于，包括自上而下沿第一方向排列且具有相同中心轴的辐射波导、圆极化器和正交模耦合器，所述第一方向垂直于所述天线单元所布置的第一平面，所述圆极化器具有与所述辐射波导连接的前端口和与所述正交模耦合器连接的后端口，所述圆极化器的内侧壁具有两个相对设置的膜片，两个所述膜片中心位置处之间的连线穿过所述圆极化器的中轴线，所述正交模耦合器包括连接于所述后端口的第一耦合区波导、连接于所述第一耦合区波导的第二耦合区波导、以及贯穿所述第一耦合区波导侧壁的第一端口和贯穿所述第二耦合区波导侧壁的第二端口，所述第一耦合区波导和所述第二耦合区波导沿所述第一方向设置，所述第一端口朝向第二方向且用于接收由所述正交模耦合器分离的正交极化波信号，所述第二端口朝向第三方向且用于向所述正交模耦合器发射正交极化信号波，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直，所述第一耦合区波导和所述第二耦合区波导为圆波导，且所述第一耦合区波导的直径大于所述第二耦合区波导的直径以形成阶梯结构，分隔不同工作波长的信号波。

2.如权利要求1所述的一种天线单元，其特征在于，所述第一耦合区波导具有与所述后端口连接的公共端口和与所述第二耦合区波导连接的连接端口。

3.如权利要求2所述的一种天线单元，其特征在于，所述第一耦合区波导和所述第二耦合区波导均呈圆筒形，所述圆极化器的后端口直径与所述公共端口的直径相同。

4.如权利要求2所述的一种天线单元，其特征在于，所述连接端口为圆环件，所述圆环件的外缘连接于所述第一耦合区波导的侧壁，所述圆环件的内缘连接于所述第二耦合区波导的侧壁。

5.如权利要求1所述的一种天线单元，其特征在于，所述第一端口呈矩形，所述第一端口的长边平行于所述第一方向，所述第一端口的短边平行于所述第三方向；和/或，

所述第二端口呈矩形，所述第二端口的长边平行于所述第一方向，所述第二端口的短边平行于所述第二方向。

6.如权利要求1所述的一种天线单元，其特征在于，所述第一端口沿所述第一方向延伸至所述第二耦合区波导的侧壁并于所述第二耦合区波导的侧壁形成缺口；在所述第一方向上，所述第一端口的长度大于所述第二端口的长度，所述第二端口位于所述缺口的下方。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种天线单元，其特征在于，所述连线在所述第一平面上的投影与所述第二方向和所述第三方向形成有45度的夹角。

8.如权利要求7所述的一种天线单元，其特征在于，所述膜片包括连接于所述圆极化器的侧壁的连接部，以及由所述连接部朝所述圆极化器内部延伸所形成的阶梯部；所述连接部包括两个相对设置的弧形连接部和两个相对设置的直板连接部，所述弧形连接部和所述直板连接部相邻设置；所述阶梯部包括第一阶梯部和两个第二阶梯部，两个所述第二阶梯部分别连接于所述第一阶梯部的两侧，以形成侧面呈“凸”字形结构。

9.一种阵列天线，其特征在于，包括至少一个部署在所述第一平面上的天线子阵，所述天线子阵包括至少两个权利要求1至8任一项所述的天线单元，以及连接于所述第一端口的第一功分器和连接于所述第二端口的第二功分器，所述第一功分器通过所述第一端口接收正交极化信号波，所述第二功分器通过所述第二端口发射正交极化信号波。

10.一种通信装置，其特征在于，包括通信装置本体和如权利要求9所述的阵列天线。

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