CN113013604A - 天线和天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线，包括一种天线，其特征在于，包括依次层叠放置的第一辐射层、第二辐射层和电桥层，所述第一辐射层包括第一介质基片以及设置在所述第一介质基片上的第一辐射片，所述第二辐射层包括第二介质基片以及设置在所述第二介质基片上的第二辐射片，所述电桥层包括用于给所述第一辐射片馈电的第一电桥和用于给所述第二辐射片馈电的第二电桥，其中，所述第一辐射层与所述第二辐射层的工作频段完全不同。在本发明实施例中，采用层叠放置形式放置两个波段的辐射片实现双圆极化天线，从而减少了天线安装尺寸，优化综合了天线频率。

Description

天线和天线阵列

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种天线和天线阵列。

背景技术

随着无线通讯技术的发展，天线作为一种无线通讯设备中必不可少的元器件，获得了广泛的应用和重要的技术进步。天线的功能是完成发射机和接收机以及空间电磁波之间的能量转换。它具有辐射方向性和极化等指标特性。极化是指辐射电磁波时其电场矢量在空间中的指向。常见的极化方向有圆极化、线极化和椭圆极化等等。根据极化的不同，可以将天线分为线极化、圆极化(包括椭圆极化)。

其中，圆极化天线是一种常见的天线形式。在圆极化天线中，微带天线是一种最为常见的天线形式，例如其广泛应用于雷达系统、导航系统、卫星系统和遥测系统等多种系统中。单频点的微带天线可以利用威尔金森功分器来直接或者耦合馈电。但是这样的方案应用在多频点微带天线中，会增加天线个数及安装工位，浪费空间及增加飞行器重量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种天线，采用层叠设置的方式实现两个不同的工作频段，以节约了天线安装空间和节省了重量。

根据本发明的第一方面，提供一种天线，包括依次层叠放置的第一辐射层、第二辐射层和电桥层，所述第一辐射层包括第一介质基片以及设置在所述第一介质基片上的第一辐射片，所述第二辐射层包括第二介质基片以及设置在所述第二介质基片上的第二辐射片，所述电桥层包括用于给所述第一辐射片馈电的第一电桥和用于给所述第二辐射片馈电的第二电桥，其中，所述第一辐射层与所述第二辐射层的工作频段完全不同。

可选地，所述第一电桥采用第一馈电探针给所述第一辐射片馈电，所述第二电桥采用第二馈电探针给所述第二辐射片馈电。

可选地，还包括：接地柱，以将所述第二辐射片接地。

可选地，所述第一辐射片的物理中心在所述第二辐射片所在的平面上的投影与所述第二辐射片的物理中心相同。

可选地，所述第一辐射片上设置有第一馈电端口，所述第一电桥经由所述第一馈电端口给所述第一辐射片馈电，所述第二辐射片上设置有第二馈电端口，所述第二电桥经由所述第二馈电端口给所述第二辐射片馈电。

可选地，所述第一辐射层和所述第二辐射层均呈方形，且所述第一辐射层的两条对角线在所述第二辐射层所在的平面上的投影与所述第二辐射层的两条对角线分别共线。

可选地，所述第一电桥与所述第二电桥均设置在所述第二辐射层下方的同一水平面上，且二者的位置相对且摆放的方向与所述第二辐射层上的一条对角线的延伸方向同向，所述第二辐射层上的两个对角在所述水平面上的投影分别与所述第一电桥与所述第二电桥部分重合。

第二方面，提供一种天线阵列，包括上述任一项所述的天线作为天线单元。

可选地，所述天线阵列还包括：第一馈电网络层和第二馈电网络层，所述第一馈电网络层用于给每个天线单元中的第一电桥馈电，所述第二馈电网络层用于给每个天线单元中的第二电桥馈电。

可选地，所述第一馈电网络层和所述第二馈电网络层位于两个介电常数相同的介质板的中间。

在本发明实施例中，采用层叠放置形式放置两个不同波段的辐射片，从而实现双圆极化天线，并减少了天线安装尺寸，优化了天线频率。

附图说明

通过参照以下附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1a和1b是本发明实施例提供的天线的立体图和俯视图；

图2a和2b是图1中的电桥层中的第一电桥和第二电桥的立体图和俯视图；

图3a和3b是图1中的S波段辐射层、L波段辐射层和电桥层叠加的立体图和俯视图；

图4是本发明实施例提供的天线阵列的示意图。

图5示出了图4所示的实施例中的S波段馈电网络层、L波段馈电网络层和电桥层的连接关系；

图6是本发明实施例的L波段电压驻波比；

图7是本发明实施例的S波段电压驻波比；

图8是本发明实施例的L波段增益仿真结果；

图9是本发明实施例的L波段AX仿真结果；

图10是本发明实施例的S波段增益仿真结果；

图11是本发明实施例的S波段AX仿真结果。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述。另外附图不一定是按比例绘制的。

图1a和1b是本发明实施例提供的天线的立体图和俯视图。参考图1a-1b所示，天线10包括从上到下依次层叠放置的S波段辐射层11、L波段辐射层12、电桥层13、S波段馈电网络层14、L波段馈电网络层15和接地层(图上未示出)。S波段辐射层11包括第一介质基片以及设置在第一介质基片的第一表面上的S波段辐射片(图上未示出)。L波段辐射层12包括第二介质基片以及设置在第二介质基片的第一表面上的L波段辐射片(图上未示出)。S波段辐射层11工作在S频段，L波段辐射层12工作在L波段，S频段和L波段为两个完全不同的工作频段。

第一介质基片的第一表面和第二介质基片的第一表面朝向同一方向。第一介质基片的厚度可以小于第二介质基片的厚度，但本申请不以此为限制。S波段辐射片上设置有馈电端口16。L波段辐射片也设置有馈电端口(图上未示出)。在可选的实施例中，在第一介质基片的第一表面上覆着导体并刻蚀该导体以形成S波段辐射片，并在第二介质基片的第一表面上覆着导体并刻蚀该导体以形成L波段辐射片。电桥层13包括用于给S波段辐射层11的S波段辐射片进行馈电的第一电桥(图上未示出)和用于给L波段辐射层12的L波段辐射片进行馈电的第二电桥(图上未示出)。电桥层13还包括图上未示出的介质层。S波段馈电网络层14用于向第一电桥提供电能量。L波段馈电网络层15用于向第二电桥提供电能量。

应该指出的是，如果上述天线仅作为阵列天线的一个天线单元存在，图1中的天线可以无需包括馈电网络，直接将电桥和相应供电电路电连接，以进行馈电。关于馈电网络，将在下文中有更详尽的描述。

图2a和2b是图1中的电桥层中的第一电桥和第二电桥的立体图和俯视图。如前所述，电桥层13包括用于给S波段辐射层11的S波段辐射片进行馈电的第一电桥20和用于给L波段辐射层12的L波段辐射片进行馈电的第二电桥30。继续参考图2a-2b，在电桥20中，通过馈电探针21向S波段辐射层11的S波段辐射片馈电，并且，S波段馈电网络层14通过馈电线22实现同轴馈电；在电桥30中，通过馈电探针31向L波段辐射层12的L波段辐射片馈电，并且，L波段馈电网络层15通过馈电线32实现同轴馈电。馈电探针21经由馈电端口16给S波段辐射片馈电。馈电探针31经由图上未示出的、位于L波段辐射片上的其他馈电端口给L波段辐射片馈电。接地柱40用于连接L波段辐射层12和接地层。在本实施例中提及L波段辐射层12包括第二介质基片以及设置在第二介质基片的第一表面上的L波段辐射片，则将与其第一表面对应的第二表面上覆着导体(例如铜)，并经由接地柱40和接地层连接。

在上述实施例中，作为一个可选实施方式，S波段辐射层11的物理中心在L波段辐射层12所在的平面上的投影与L波段辐射层12的物理中心相同。

在上述实施例中，作为一个可选实施方式，S波段辐射层11和L波段辐射层12均呈方形，且S波段辐射层11的两条对角线在L波段辐射层12所在的平面上的投影与L波段辐射层12的两条对角线分别共线。

在上述实施例中，作为一个可选实施方式，第一电桥与第二电桥均设置在L波段辐射层12下方的同一水平面上，且二者的位置相对且摆放的方向与L波段辐射层12的一条对角线的延伸方向同向，L波段辐射层12的两个对角在所述水平面上的投影分别与第一电桥与第二电桥部分重合。图3a和3b是图1中的S波段辐射层、L波段辐射层和电桥层叠加的立体图和俯视图。

在本实施例中，采用层叠放置形式，采用两个波段的辐射片实现双圆极化天线，减少了天线安装尺寸，优化综合了天线频率。

在本实施例中，作为可选手段，电桥层中的电桥可以采用3dB电桥给辐射片馈电，以实现较宽的阻抗和圆极化带宽，并且增加介质基片的厚度，以提高增益带宽。

图4是本发明实施例提供的天线阵列的示意图。该天线阵列采用4×4的天线单元组阵。如图上所示，每个天线单元41包括图1中的为S波段辐射层、L波段辐射层和电桥层。虽然未示出，该天线阵列还包括S波段馈电网络层和L波段馈电网络层。S波段馈电网络层、L波段馈电网络层和电桥层的连接关系如图5所示。

图5示出了图4所示的实施例中的S波段馈电网络层、L波段馈电网络层和电桥层的连接关系。其中，给L波段辐射片馈电的电桥经由L波段馈电网络层级联在一起，并经由L波段馈电网络层馈电，同样，给S波段辐射片馈电的电桥经由S波段馈电网络层级联在一起，并经由S波段馈电网络层上馈电。参考图5所示，为了帮助理解，在图上标示了四个连接到L波段馈电网络层的馈电线51，L波段馈电网络层例如在端点52处接收电能。

在本实施例中，每个天线单元的L波段辐射片和S波段辐射片的物理中心相同，综合两个频段的波长区间，可以确定L波段辐射片和S波段辐射片之间的中间频点为2.0GHz，取其

得到天线单元的单元间距为100mm(此为两个单元天线的辐射片的物理中心的距离)，上述天线阵列为400mm～600mm的范围的平面阵。

在本实施例中，馈电网络层采用分层布局，利用带状线功分器网络分层连接，减小各层之间的干扰。可选地，L波段馈电网络层和S波段馈电网络层中可以位于两个介电常数为3.66的RO4350介质板中间，目的是减少网络对天线辐射阵列的影响。

图6是本发明实施例的L波段电压驻波比。图7是本发明实施例的S波段电压驻波比。图8是本发明实施例的L波段增益仿真结果。图9是本发明实施例的L波段AX仿真结果。图10是本发明实施例的S波段增益仿真结果。图11是本发明实施例的S波段AX仿真结果。

由图6和图7可见，天线整两个频段范围内电压驻波比小于1.5，满足工程使用要求；图8和图9可看出，L波段天线高中低频点的最小增益为17dBi，圆极化轴比小于3dB，满足工程使用要求；图10和图11可以看出，S波段天线高中低频点的最小增益为20dBi，圆极化轴比小于3dB，满足工程使用要求。

本发明实施例的设计可用于地面对飞行器跟踪。发射波为左旋圆极化，波打到飞行器上的回波变为右旋圆极化波，刚好被右旋圆极化天线接收。由于天线涵盖双频段，节省安装空间，实现小型化。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。例如，在实际应用中，可以不同的需要将上述模块功能划分为和本发明实施例不同的功能结构，或将本发明实施例中的几个功能模块合并和分解成不同的功能结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括依次层叠放置的第一辐射层、第二辐射层和电桥层，所述第一辐射层包括第一介质基片以及设置在所述第一介质基片上的第一辐射片，所述第二辐射层包括第二介质基片以及设置在所述第二介质基片上的第二辐射片，所述电桥层包括用于给所述第一辐射片馈电的第一电桥和用于给所述第二辐射片馈电的第二电桥，其中，所述第一辐射层与所述第二辐射层的工作频段完全不同。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一电桥采用第一馈电探针给所述第一辐射片馈电，所述第二电桥采用第二馈电探针给所述第二辐射片馈电。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括：接地柱，以将所述第二辐射片接地。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射片的物理中心在所述第二辐射片所在的平面上的投影与所述第二辐射片的物理中心相同。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射片上设置有第一馈电端口，所述第一电桥经由所述第一馈电端口给所述第一辐射片馈电，所述第二辐射片上设置有第二馈电端口，所述第二电桥经由所述第二馈电端口给所述第二辐射片馈电。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射层和所述第二辐射层均呈方形，且所述第一辐射层的两条对角线在所述第二辐射层所在的平面上的投影与所述第二辐射层的两条对角线分别共线。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一电桥与所述第二电桥均设置在所述第二辐射层下方的同一水平面上，且二者的位置相对且摆放的方向与所述第二辐射层上的一条对角线的延伸方向同向，所述第二辐射层上的两个对角在所述水平面上的投影分别与所述第一电桥与所述第二电桥部分重合。

8.一种天线阵列，其特征在于，包括多个如权利要求1至7任一项所述的天线作为天线单元。

9.根据权利要求8所述的天线阵列，其特征在于，还包括：第一馈电网络层和第二馈电网络层，所述第一馈电网络层用于给每个天线单元中的第一电桥馈电，所述第二馈电网络层用于给每个天线单元中的第二电桥馈电。

10.根据权利要求9所述的天线阵列，其特征在于，所述第一馈电网络层和所述第二馈电网络层位于两个介电常数相同的介质板的中间。

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