CN113013603B - 4×4宽带微带差分天线阵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种4×4宽带微带差分天线阵，包括八个波导E面功分器、七个波导H面功分器和4×4微带差分天线阵，矩形贴片和两对λ/4谐振器电容耦合形成微带差分宽带天线基本单元，并在H面和E面等间距组阵形成4×4微带差分宽带天线阵。波导E面功分器为4×4微带差分天线阵提供了等幅反向的差分馈电，波导H面功分器将八个波导E面功分器连在一起形成单端口馈电，4×4微带差分天线阵与波导E面功分器和波导H面功分器使用同轴探针相连，实现了低交叉极化的性能。本发明的4×4微带差分宽带天线阵频带宽，副瓣低，交叉极化低，一体化设计，性能稳定。

Description

4×4宽带微带差分天线阵
技术领域
本发明涉及微波毫米波天线领域，特别是一种4×4宽带微带差分天线阵。
背景技术
随着无线通信系统的飞速发展，天线作为发射和接受电磁波的器件，获得了举足轻重的地位，时代对天线的要求也越来越高。如今，5G时代已经到来，空间中存在多种通信模式，可用的频谱变得越来越拥挤，这导致系统间的干扰也越来越强。同时，用来进行通信的数据传输速率加快，工作频率升高，人们对信号的通信质量也提出了更高的要求。这对我们设计者来说，在较高的工作频率下，如何有效地抑制外部的电磁干扰成了目前亟待解决的问题。
2013年车文荃团队提出了使用多层印刷电路板技术来实现一个2×2具有低交叉极化和宽频带性能的贴片天线阵，此天线是采用定向耦合器对四个单端口馈电单元进行馈电，其E面和H面的交叉极化分别是-27dB和-30dB，但此天线采用了双层结构，存在着副瓣高、成本高等缺点，而且此天线对于加工制造要求比较高。2013年薛泉团队提出了一种新型宽带差分馈电高阶模式贴片天线，此天线通过同轴馈电以背对背的方式给贴片天线馈电，差分信号由波导供电结构提供，但此天线体积大且不易组阵。2018年刘倩文提出了一种具有SIW腔的宽带薄型差分贴片天线，此天线由谐振贴片和SIW组成，差分结构由对称的两个同轴探针对贴片天线馈电，此天线的带宽达到11.43％，具有低的轮廓，但此天线的副瓣较高，约为-6dB，且不易组阵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种频带宽、副瓣低、交叉极化低的4×4宽带微带差分天线阵。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种4×4宽带微带差分天线阵，包括八个波导E面功分器、七个波导H面功分器和4×4微带差分天线阵；
矩形贴片和两对λ/4谐振器进行电容耦合形成微带差分宽带天线基本单元，以H面和E面等间距组阵形成4×4微带差分天线阵；
波导E面功分器位于4×4微带差分天线阵正下方，为4×4微带差分天线阵提供等幅反向的差分馈电，波导H面功分器由上而下依次以放置4个、2个、1个的顺序进行级联，将八个波导E面功分器连在一起形成单端口馈电。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)频带宽：通过矩形贴片和λ/4谐振器进行电容耦合形成双谐振点，使该天线的带宽得到了拓展；
(2)交叉极化低：因馈入差分天线的是幅度相等且相位相反的信号，这使得交叉极化的电场在远场形成的电场相互抵消，从而有效的降低了差分天线的交叉极化；
(3)副瓣低：天线分别沿H面方向间隔一个波长，E面方向间隔0.8个波长的距离等间距分布，组成了一个4×4的天线阵，各贴片上的电流大小相等，且两个天线单元相连时微带线向内弯曲，减小了微带线之间电场的干扰，降低了副瓣，副瓣电平约为-12dB。
附图说明
图1是本发明4×4微带差分宽带天线阵的三维结构示意图。
图2是4×4微带差分天线阵结构示意图。
图3是E面功分器的三维结构示意图。
图4-图6是三级H面功分器的三维结构示意图，其中图4是一级H面功分器示意图，图5是二级H面功分器示意图，图6是三级H面功分器示意图。
图7是4×4宽带微带差分天线阵的回波损耗仿真结果图。
图8-图10分别是该天线分别在28GHz、26.5GHz、29.5GHz的归一化仿真方向图。
具体实施方式
如图1所示，一种4×4宽带微带差分天线阵，包括八个波导E面功分器1、七个波导H面功分器2和4×4微带差分天线阵3；
矩形贴片4和两对λ/4谐振器5进行电容耦合形成微带差分宽带天线基本单元，以H面和E面等间距组阵形成4×4微带差分天线阵3。
波导E面功分器1位于4×4微带差分天线阵3正下方，为4×4微带差分天线阵3提供了等幅反向的差分馈电，波导H面功分器2由上而下依次以放置4个、2个、1个的顺序进行级联，将八个波导E面功分器1连在一起形成单端口馈电，通过在所述4×4微带差分天线阵3下加装波导E面功分器1和波导H面功分器2实现低交叉极化的性能。
如图2所示，所述4×4微带差分天线阵3由16个基本差分微带天线单元组成，每个单元由一个平行放置的矩形贴片4、两对λ/4谐振器5、一对短路引脚6和两条与λ/4谐振器5相连的微带线7组成，相邻的两个单元通过微带线7相连。
所述两对λ/4谐振器5对称地放置在矩形贴片4的两侧，每对λ/4谐振器5均与一条微带线7相连，在微带线7和λ/4谐振器5相连处，放置一个短路引脚6。
波导E面功分器1为4×4微带差分天线阵3提供了等幅反向的差分馈电，波导H面功分器将八个波导E面功分器1连在一起形成单端口馈电。
波导E面功分器1和波导H面功分器2位于4×4微带差分天线阵3的正下方，两者通过同轴探针相连，为天线阵提供了等幅反向的激励。
因为微带线相距很近时微带线之间的电容耦合较强，容易引起较高的副瓣，所以在两个天线单元相连时将微带线向内弯曲了四分之一个圆的距离，减小了微带线之间电场的干扰，并在微带线的中心位置连接同轴探针，与下方波导相连。
该设计将矩形贴片和两对λ/4谐振器进行电容耦合形成微带差分宽带天线基本单元，并以H面相隔一个波长和E面相隔0.8个波长的距离组成4×4微带差分天线阵。
波导E面功分器为4×4微带差分天线阵提供了等幅反向的差分馈电，波导H面功分器将八个波导E面功分器连在一起形成单端口馈电，4×4微带差分天线阵与波导E面功分器和波导H面功分器使用同轴馈电相连，实现低交叉极化的性能。
本发明提出的种基于波导的4×4宽带微带差分天线阵，频带宽，副瓣低，交叉极化低，E面、H面方向图基本一致，且易于组阵。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1、图2所示，一种4×4宽带微带差分天线阵，包括4×4微带差分天线阵3、八个波导E面功分器1和七个波导H面功分器2。
首先，在矩形贴片4的一边放置一对λ/4谐振器5，调整两者之间的间距可以拓展微带天线的带宽，在λ/4谐振器5的中间放置短路引脚6可以抑制高次谐波，然而H面的交叉极化比较高，所以需要进一步改善其结构使其交叉极化得到进一步的优化。因此采用了差分的结构，在矩形贴片4的另一边也放置一对λ/4谐振器5和短路引脚6，并在下方放置波导E面功分器1和波导H面功分器2对天线进行差分馈电，微带天线和波导E面功分器通过射频连接器相连，射频连接器的位置对天线的带宽有很大的影响，同过仿真优化可以使E面和H面同时获得较低的交叉极化。
如图1所示，所述4×4微带天线阵由16个差分微带贴片单元组成；差分微带天线分别沿长度方向和宽度方向等间距分布，形成4×4微带天线阵；
如图3所示，在4×4微带天线阵下加装了8个波导E面功分器，8个波导E面功分器采用了并联的方式，同时向16个差分微带贴片单元提供馈电。
如图4-图6所示，在波导E面功分器后依次安装三级波导H面功分器，图4是一级H面功分器示意图，位于E面功分器正下方；图5是二级H面功分器示意图，位于一级H面功分器的正下方；图6是三级H面功分器示意图，位于二级H面功分器的正下方。
图7是利用HFSS仿真软件，在工作频率为28GHz时该天线的回波损耗图。由此可以看出，该天线在中心频率28GHz处阻抗带宽为10.7％。
图8-10是利用HFSS仿真软件，在工作频率分别为28GHz、26.5GHz、29.5GHz时该天线的归一化方向图对比。在中心频率28GHz处天线的E面和H面的交叉极化分别为-66dB和-71dB，峰值增益为20.13dB。
综上，所述4×4微带差分宽带天线阵具有宽带宽，较低的交叉极化。

Claims (4)

1.一种4×4宽带微带差分天线阵，其特征在于：包括八个波导E面功分器(1)、七个波导H面功分器(2)和4×4微带差分天线阵(3)；
矩形贴片(4)和两对λ/4谐振器(5)进行电容耦合形成微带差分天线阵的基本单元，以H面和E面等间距组阵形成4×4微带差分天线阵(3)；
波导E面功分器(1)位于4×4微带差分天线阵(3)正下方，为4×4微带差分天线阵(3)提供等幅反向的差分馈电，波导H面功分器(2)由上而下依次以放置4个、2个、1个的顺序进行级联，将八个波导E面功分器(1)连在一起形成单端口馈电；
所述4×4微带差分天线阵(3)由16个基本微带差分天线单元组成，每个单元由一个平行放置的矩形贴片(4)、两对λ/4谐振器(5)组成，相邻的两个天线单元同侧的两对λ/4谐振器(5)通过微带线(7)相连；
两对λ/4谐振器(5)对称地放置在矩形贴片(4)的两侧，每对λ/4谐振器(5)均与一条微带线(7)相连，在微带线(7)和λ/4谐振器(5)相连处，放置一个短路引脚(6)。
2.根据权利要求1所述的4×4宽带微带差分天线阵，其特征在于：在两个天线单元同侧的两对λ/4谐振器(5)相连时将微带线(7)向内弯曲了四分之一个圆的距离，并在微带线的中心位置连接同轴探针，与下方波导相连。
3.根据权利要求1所述的4×4宽带微带差分天线阵，其特征在于：波导E面功分器(1)和波导H面功分器(2)位于4×4微带差分天线阵(3)的正下方，两者通过同轴探针相连，为天线阵提供等幅反向的激励。
4.根据权利要求1所述的4×4宽带微带差分天线阵，其特征在于：微带差分天线阵的基本单元以H面相隔一个波长和E面相隔0.8个波长的距离组成4×4微带差分天线阵。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288677B1 (en) * 1999-11-23 2001-09-11 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Microstrip patch antenna and method
WO2009037716A2 (en) * 2007-09-21 2009-03-26 Indian Space Research Organisation High-gain wideband planar microstrip antenna for space borne application
CN105870619A (zh) * 2016-05-19 2016-08-17 华南理工大学 一种具有高共模抑制的差分滤波微带阵列天线
CN108879087A (zh) * 2017-05-16 2018-11-23 南京理工大学 一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288677B1 (en) * 1999-11-23 2001-09-11 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Microstrip patch antenna and method
WO2009037716A2 (en) * 2007-09-21 2009-03-26 Indian Space Research Organisation High-gain wideband planar microstrip antenna for space borne application
CN105870619A (zh) * 2016-05-19 2016-08-17 华南理工大学 一种具有高共模抑制的差分滤波微带阵列天线
CN108879087A (zh) * 2017-05-16 2018-11-23 南京理工大学 一种具有谐波抑制的单层宽带微带阵列天线

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