CN113471690B - 多模复合天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多模复合天线，包括：从上至下依次设置的四个介质层，第一介质层上设有多组周期性排列的单元，每个单元上设有A频段辐射贴片、B频段辐射贴片、同层耦合缝隙、B频段馈电焊盘、馈电孔；第二介质层设有焊接孔、异层耦合缝隙、馈电避让缝隙、屏蔽孔，第三介质层上设有焊接孔、屏蔽孔、B频段馈电端口，第四介质层分为上表面覆铜层、底部覆铜层；A频段辐射贴片与B频段辐射贴片共用口径。两种天线的极化可以是相同方向的同一种线极化，也可以是相互垂直方向的两种线极化类型。本发明结构简单，不仅可以用于规则排列的相控阵天线，还可以用于稀疏布阵相控阵天线，解决了两种天线阵面过大问题，能同时保证两个频段天线的扫描性能。

Description

多模复合天线

技术领域

本发明属于微带双模复合相控阵天线技术领域，具体涉及一种可用于相控阵天线的共口径双模复合微带的天线。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，通信设备在往小型化、集成化方向发展。天线的性能决定了整个系统的性能，所以天线的研究越来越显得重要，其中双模共口径复合天线是相控阵天线研究中的关键技术之一。

传统的微带天线单元组阵后在整个天线口径中只有单个模式的天线，其口径利用率比较低。如果用两种不同频段的天线组阵，需要两个分开的天线口径，其天线阵面过大。

发明内容

本发明提出一种双模共口径复合天线，两种不同频段的天线采用共口径复合，这两种复合天线的极化可以是相同方向的线极化，也可以是相互垂直的两种线极化。相比于传统单个模式的相控阵天线，节约了一半的阵面，解决了两种天线阵面过大问题，也是相控阵天线小型化的一个方向。天线阵面采用双频不同极化的天线，可以提供更多的频率和极化信息，具有广泛的运用场景。

本发明提出了一种双模共口径复合天线，其中两种天线的极化可以是相同方向的同一种线极化，也可以是相互垂直方向的两种线极化类型。两种类型的天线分别采用不同的馈电方式，提高了两种天线之间的耦合度。其中一种天线采用异层缝隙耦合馈电，另外一种天线通过在地上开缝隙将馈电端口伸入介质层基板，信号直接馈电到馈电焊盘，然后通过同层缝隙耦合到辐射贴片的方式。通过在地上开缝隙，可以解决缝隙馈电天线大角度扫描下降大的问题。本发明的天线结构简单，不仅可以用于规则排列的相控阵天线，还可以用于稀疏布阵相控阵天线，解决了两种天线阵面过大问题，提高了口径利用率，还能同时保证两个频段天线的扫描性能。而且采用双频双极化的天线，可以提供更多的频率和极化信息，具有广泛的运用场景。

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决问题，提供一种多模复合天线。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种多模复合天线，包括：从上至下依次设置的第一介质层1，第二介质层2，第三介质层3，第四介质层4；

第一介质层1上设有多组周期性排列的单元，每个单元上设有A频段辐射贴片11、B频段辐射贴片12、同层耦合缝隙13、B频段馈电焊盘14、馈电孔15；每个单元的B频段辐射贴片12位于多个周期性排列的A频段辐射贴片11中间，B频段辐射贴片12为带有缺口的椭圆形或长方形，B频段辐射贴片12带有缺口16的一侧设有B频段馈电焊盘14；B频段辐射贴片12和B频段馈电焊盘缺口16之间的缝隙为同层耦合缝隙13；

第二介质层2设有焊接孔24、异层耦合缝隙21、馈电避让缝隙22、屏蔽孔5，馈电避让缝隙22在B频段辐射贴片12的正下方并横向或纵向贯穿第二介质层2，馈电避让缝隙22上设有B频段馈电端口23，B频段馈电端口23与第一介质层上的馈电孔15位置对应；焊接孔24位于馈电避让缝隙22的两侧且与第四介质层的A频段馈电端口41、A频段馈电地孔43同心设置，异层耦合缝隙21不与焊接孔24干涉，每个焊接孔24及其下方的异层耦合缝隙21被屏蔽孔5包围；

第三介质层3上设有焊接孔24、屏蔽孔5、B频段馈电端口23，第二介质层和第三介质层上的焊接孔24的位置上下对应；第二介质层和第三介质层上屏蔽孔5的位置上下对应；第二介质层和第三介质层上的B频段馈电端口23位置上下对应；

第四介质层分为上表面覆铜层、底部覆铜层；

上表面覆铜层上设有馈线42、A频段馈电端口41、B频段馈电端口23、屏蔽孔5，每个馈线42上设有一个A频段馈电端口41，屏蔽孔5将馈线42包围起来；

底部覆铜层设有A频段馈电地孔43、B频段馈电地孔44、B频段馈电端口23、A频段馈电端口41、屏蔽孔5；上表面覆铜层、底部覆铜层、第二介质层的屏蔽孔5的位置上下对应；上表面覆铜层、底部覆铜层、第二介质层的B频段馈电端口23的位置上下对应；下层B频段馈电地孔44和底部覆铜层的B频段馈电端口23同心设置；上表面覆铜层的A频段馈电端口41和底部覆铜层的A频段馈电地孔43同心设置；上表面覆铜层和底部覆铜层的A频段馈电端口41位置上下对应；

A频段辐射贴片与B频段辐射贴片共用口径。

作为优选方式，包括A频段天线和B频段天线：

A频段天线包括四个介质层、A频段辐射贴片11、异层耦合缝隙21、屏蔽孔5、馈电避让缝隙22、焊接孔24、屏蔽孔5、馈线42、A频段馈电端口41，A频段馈电地孔43；

B频段天线包括四个介质层，B频段辐射贴片12、同层耦合缝隙13、B频段馈电焊盘14、馈电孔15、馈电避让缝隙22、B频段馈电端口23；

两种天线的极化类型其中一种为垂直极化，另一种为水平极化，通过旋转其中一种天线的馈电方向，即改变其天线的极化类型。

作为优选方式，A频段天线为异层缝隙耦合天线，辐射贴片与缝隙在不同层，采用缝隙耦合天线，信号通过馈电端口进入馈线，然后异层耦合缝隙将信号耦合到A频段辐射贴片；

B频段天线为同层缝隙耦合天线，辐射贴片与缝隙在同层，通过馈电端口直接馈电到馈电焊盘，然后通过同层缝隙耦合到辐射贴片。

作为优选方式，A频段辐射贴片为矩形或圆形。

作为优选方式，异层耦合缝隙21为H型、或纺锤体型、或一字型。

作为优选方式，馈电避让缝隙22包括横向段221、以及向A频段辐射贴片11方向上下延伸的纵向段222，纵向段222位于异层耦合缝隙21的两侧且不接触异层耦合缝隙21。

作为优选方式，第三介质层是PP材料，第一、第二、第四介质层是PCB。

作为优选方式，馈电避让缝隙22为铜层上腐蚀的缝隙。

作为优选方式，馈电避让缝隙22横向或纵向贯穿第二介质层2，横向为介质层的长度方向，纵向为介质层的宽度方向。

本发明的有益效果为：本发明提出了一种双模共口径复合天线，其中两种天线的极化可以是相同方向的同一种线极化，也可以是相互垂直方向的两种线极化类型。两种类型的天线分别采用不同的馈电方式，降低了两种天线之间的耦合度。其中一种天线采用异层缝隙耦合馈电，另外一种天线通过在地上开缝隙将馈电端口伸入介质层基板，信号直接馈电到馈电焊盘，然后通过同层缝隙耦合到辐射贴片的方式。通过在地上开缝隙，可以解决缝隙馈电天线大角度扫描下降大的问题。本发明的天线结构简单，不仅可以用于规则排列的相控阵天线，还可以用于稀疏布阵相控阵天线，解决了两种天线阵面过大问题，提高了口径利用率，还能同时保证两个频段天线的扫描性能。而且采用双频双极化的天线，可以提供更多的频率和极化信息，具有广泛的运用场景。

附图说明

图1 是本发明的爆炸图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明第一介质层的俯视图；

图4是本发明第二介质层的俯视图；

图5是本发明第三介质层的俯视图；

图6是本发明第四介质层的上表面覆铜层的俯视图；

图7是本发明第四介质层的底部覆铜层俯视图；

图8是本发明实施例1的天线俯视图；

图9是本发明实施例2的天线俯视图；

图10是本发明实施例3的天线俯视图；

图11是本发明实施例4的天线俯视图；

图12是本发明实施例5的天线俯视图；

1为第一介质层，11为A频段辐射贴片，12为B频段辐射贴片，13为同层耦合缝隙，14为B频段馈电焊盘，15为馈电孔；16为缺口；2为第二介质层，21为异层耦合缝隙，22为馈电避让缝隙，221为横向段，222为纵向段， 23为B频段馈电端口，24为焊接孔，5为屏蔽孔；3为第三介质层，4为第四介质层，41为A频段馈电端口，42为馈线，43为A频段馈电地孔，44为B频段馈电地孔。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

如图1、图2所示，多模复合天线包括A频段天线和B频段天线，

A频段天线包括四个介质层1-4、A频段辐射贴片11、异层耦合缝隙21、屏蔽孔5、馈电避让缝隙22、焊接孔24、屏蔽孔5、馈线42、A频段馈电端口41，A频段馈电地孔43；

B频段天线包括四个介质层1-4，B频段辐射贴片12、同层耦合缝隙13、B频段馈电焊盘14、馈电孔15、馈电避让缝隙22、B频段馈电端口23；

两种天线的极化类型其中一种为垂直极化，另一种为水平极化，通过旋转其中一种天线的馈电方向，即改变其天线的极化类型。

A频段天线为异层缝隙耦合天线，辐射贴片与缝隙在不同层，采用缝隙耦合天线，信号通过馈电端口进入馈线，然后异层耦合缝隙将信号耦合到A频段辐射贴片；

B频段天线为同层缝隙耦合天线，辐射贴片与缝隙在同层，通过馈电端口直接馈电到馈电焊盘，然后通过同层缝隙耦合到辐射贴片。

馈电避让缝隙可以改善A频段天线组阵后E面大角度扫描下降问题。两种天线的极化类型分别为垂直极化和水平极化。该天线可以做组阵为阵列天线。相比于传统相控阵天线，缩小了相控阵阵面。

具体的，图8为本实施例的一种多模复合天线，包括：从上至下依次设置的第一介质层1，第二介质层2，第三介质层3，第四介质层4；

如图3所示，第一介质层1上设有多组周期性排列的单元，每个单元上设有A频段辐射贴片11、B频段辐射贴片12、同层耦合缝隙13、B频段馈电焊盘14、馈电孔15；每个单元的B频段辐射贴片12位于多个周期性排列的A频段辐射贴片11中间，B频段辐射贴片12为带有缺口的椭圆形或长方形，B频段辐射贴片12带有缺口16的一侧设有B频段馈电焊盘14；B频段辐射贴片12和B频段馈电焊盘缺口16之间的缝隙为同层耦合缝隙13；

如图4所示，第二介质层2设有焊接孔24、异层耦合缝隙21、馈电避让缝隙22、屏蔽孔5，异层耦合缝隙21为H型，馈电避让缝隙22在B频段辐射贴片12的正下方并横向贯穿第二介质层2，横向为介质层的长度方向，馈电避让缝隙22上设有B频段馈电端口23，B频段馈电端口23与第一介质层上的馈电孔15位置对应；焊接孔24位于馈电避让缝隙22的两侧且与第四介质层的A频段馈电端口41、A频段馈电地孔43同心设置，异层耦合缝隙21不与焊接孔24干涉，每个焊接孔24及其下方的异层耦合缝隙21被屏蔽孔5包围；

如图5所示，第三介质层3上设有焊接孔24、屏蔽孔5、B频段馈电端口23，第二介质层和第三介质层上的焊接孔24的位置上下对应；第二介质层和第三介质层上屏蔽孔5的位置上下对应；第二介质层和第三介质层上的B频段馈电端口23位置上下对应；第四介质层分为上表面覆铜层、底部覆铜层；

如图6所示，上表面覆铜层上设有馈线42、A频段馈电端口41、B频段馈电端口23、屏蔽孔5，每个馈线42上设有一个A频段馈电端口41，屏蔽孔5将馈线42包围起来；

如图7所示，底部覆铜层设有A频段馈电地孔43、B频段馈电地孔44、B频段馈电端口23、A频段馈电端口41、屏蔽孔5；上表面覆铜层、底部覆铜层、第二介质层的屏蔽孔5的位置上下对应；上表面覆铜层、底部覆铜层、第二介质层的B频段馈电端口23的位置上下对应；下层B频段馈电地孔44和底部覆铜层的B频段馈电端口23同心设置；上表面覆铜层的A频段馈电端口41和底部覆铜层的A频段馈电地孔43同心设置；上表面覆铜层和底部覆铜层的A频段馈电端口41位置上下对应；

A频段辐射贴片与B频段辐射贴片共用口径。

第三介质层是PP材料，第一、第二、第四介质层是PCB。

馈电避让缝隙22为铜层上腐蚀的缝隙。

A频段辐射贴片11为矩形或圆形。

实施例2

如图9所示，本实施例和实施例1的区别在于：馈电避让缝隙22纵向贯穿第二介质层2，纵向为介质层的宽度方向。

A频段天线采用异层缝隙耦合天线，信号通过绝缘子进入馈线，缝隙耦合到A频段辐射贴片，B频段天线采用绝缘子直接馈电到焊盘，通过同层缝隙耦合到B频段辐射贴片。两种天线的极化类型为同一种线极化类型。该天线可以做组阵为阵列天线。相比于传统相控阵天线，缩小了相控阵阵面。相比于实施例1区别在于：两种天线的极化类型一致。

实施例3

如图10所示，本实施例和实施例1的区别在于：异层耦合缝隙21为纺锤体型。纺锤体型的中间为横向的直线段，两端包括两个纺锤头。

在某些高频使用具体场景中，A频段天线中的焊接孔的孔径受制于加工工艺，对于高频段天线，焊接孔的孔径比例相对较大，若采用具体实施例1的异层耦合缝隙21，则异层耦合缝隙21与焊接孔会干涉。可采用如图10所的示纺锤体型异层耦合缝隙21，可以解决在高频段天线加工时馈电缝隙与焊接孔的干涉问题。A频段天线采用异层缝隙耦合天线，信号通过绝缘子进入馈线，缝隙耦合到A频段辐射贴片，B频段天线采用绝缘子直接馈电到焊盘，信号通过同层缝隙耦合到B频段辐射贴片。两种天线的极化类型分别为垂直极化和水平极化。该天线可以组阵为阵列天线。相比于传统相控阵天线，缩小了相控阵阵面。同样的该方法可以使用于实施例2。

实施例4

如图11所示，本实施例和实施例1的区别在于：异层耦合缝隙21为一字型。

与实施例3类似，在某些高频使用具体场景中，A频段天线中的焊接孔的孔径受制于加工工艺，对于高频段天线，焊接孔的孔径比例相对较大，若采用具体实施例1的H耦合缝隙，则H耦合缝隙与焊接孔会干涉。可采用如图11所示一字型缝隙，可以解决缝隙与焊接孔干涉的问题，同时采用一字型缝隙可以降低加工难度。A频段天线采用异层缝隙耦合天线，信号通过绝缘子进入馈线，缝隙耦合到A频段辐射贴片，B频段天线采用绝缘子直接馈电到焊盘，通过同层缝隙耦合到B频段辐射贴片。两种天线的极化类型分别为垂直极化和水平极化。该天线可以做组阵为阵列天线。相比于传统相控阵天线，缩小了相控阵阵面。同样的该方法可以使用于实施例2。

实施例5

如图12所示，本实施例和实施例1的区别在于：馈电避让缝隙22包括横向段221、以及向A频段辐射贴片11方向上下延伸的纵向段222，纵向段222位于异层耦合缝隙21的两侧且不接触异层耦合缝隙21。

本实施例的目的是展宽 B频段天线的带宽。A频段天线采用异层缝隙耦合天线，信号通过绝缘子进入馈线，缝隙耦合到A频段辐射贴片，B频段天线采用绝缘子直接馈电到焊盘，通过同层缝隙耦合到B频段辐射贴片。在耦合缝隙层，适当的拓宽B频段辐射贴片正下方的缝隙会有助于展宽B频段天线的带宽，考虑到要避让A频段辐射贴片正下方的耦合缝隙，于是在B频段辐射贴片的左右两端扩宽缝隙同样可以展宽B频段天线的带宽。该天线也可以做组阵为阵列天线。相比于传统相控阵天线，缩小了相控阵阵面。同样的该方法可以使用于实施例2、实施例3或者实施例4。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种多模复合天线，其特征在于，包括：从上至下依次设置的第一介质层（1），第二介质层（2），第三介质层（3），第四介质层（4）；

第一介质层（1）上设有多组周期性排列的单元，每个单元上设有A频段辐射贴片（11）、B频段辐射贴片（12）、同层耦合缝隙（13）、B频段馈电焊盘（14）、馈电孔（15）；每个单元的B频段辐射贴片（12）位于多个周期性排列的A频段辐射贴片（11）中间，B频段辐射贴片（12）为带有缺口的椭圆形或长方形，B频段辐射贴片（12）带有缺口（16）的一侧设有B频段馈电焊盘（14）；B频段辐射贴片（12）和B频段馈电焊盘缺口（16）之间的缝隙为同层耦合缝隙（13）；

第二介质层（2）设有焊接孔（24）、异层耦合缝隙（21）、馈电避让缝隙（22）、屏蔽孔（5），馈电避让缝隙（22）在B频段辐射贴片（12）的正下方并横向或纵向贯穿第二介质层（2），馈电避让缝隙（22）上设有B频段馈电端口（23），B频段馈电端口（23）与第一介质层上的馈电孔（15）位置对应；焊接孔（24）位于馈电避让缝隙（22）的两侧且与第四介质层的A频段馈电端口（41）、A频段馈电地孔（43）同心设置，异层耦合缝隙（21）不与焊接孔（24）干涉，每个焊接孔（24）及其下方的异层耦合缝隙（21）被屏蔽孔（5）包围；

第三介质层（3）上设有焊接孔（24）、屏蔽孔（5）、B频段馈电端口（23），第二介质层和第三介质层上的焊接孔（24）的位置上下对应；第二介质层和第三介质层上屏蔽孔（5）的位置上下对应；第二介质层和第三介质层上的B频段馈电端口（23）位置上下对应；第四介质层分为上表面覆铜层、底部覆铜层；

上表面覆铜层上设有馈线（42）、A频段馈电端口（41）、B频段馈电端口（23）、屏蔽孔（5），每个馈线（42）上设有一个A频段馈电端口（41），屏蔽孔（5）将馈线（42）包围起来；

底部覆铜层设有A频段馈电地孔（43）、B频段馈电地孔（44）、B频段馈电端口（23）、A频段馈电端口（41）、屏蔽孔（5）；上表面覆铜层、底部覆铜层、第二介质层的屏蔽孔（5）的位置上下对应；上表面覆铜层、底部覆铜层、第二介质层的B频段馈电端口（23）的位置上下对应；下层B频段馈电地孔（44）和底部覆铜层的B频段馈电端口（23）同心设置；上表面覆铜层的A频段馈电端口（41）和底部覆铜层的A频段馈电地孔（43）同心设置；上表面覆铜层和底部覆铜层的A频段馈电端口（41）位置上下对应；

A频段辐射贴片与B频段辐射贴片共用口径。

2.根据权利要求1所述的多模复合天线，其特征在于：包括A频段天线和B频段天线，

A频段天线包括四个介质层（1-4）、A频段辐射贴片（11）、异层耦合缝隙（21）、屏蔽孔（5）、馈电避让缝隙（22）、焊接孔（24）、馈线（42）、A频段馈电端口（41），A频段馈电地孔（43）；

B频段天线包括四个介质层（1-4），B频段辐射贴片（12）、同层耦合缝隙（13）、B频段馈电焊盘（14）、馈电孔（15）、馈电避让缝隙（22）、B频段馈电端口（23）；

两种天线的极化类型其中一种为垂直极化，另一种为水平极化，通过旋转其中一种天线的馈电方向，即改变其天线的极化类型。

3.根据权利要求2所述的多模复合天线，其特征在于：A频段天线为异层缝隙耦合天线，辐射贴片与缝隙在不同层，采用缝隙耦合天线，信号通过馈电端口进入馈线，然后异层耦合缝隙将信号耦合到A频段辐射贴片；

B频段天线为同层缝隙耦合天线，辐射贴片与缝隙在同层，通过馈电端口直接馈电到馈电焊盘，然后通过同层缝隙耦合到辐射贴片。

4.根据权利要求1所述的多模复合天线，其特征在于：A频段辐射贴片为矩形或圆形。

5.根据权利要求1所述的多模复合天线，其特征在于：异层耦合缝隙（21）为H型、或纺锤体型、或一字型。

6.根据权利要求1所述的多模复合天线，其特征在于：馈电避让缝隙（22）包括横向段（221）、以及向A频段辐射贴片（11）方向上下延伸的纵向段（222），纵向段（222）位于异层耦合缝隙（21）的两侧且不接触异层耦合缝隙（21）。

7.根据权利要求1所述的多模复合天线，其特征在于：第三介质层是PP材料，第一、第二、第四介质层是PCB。

8.根据权利要求1所述的多模复合天线，其特征在于：馈电避让缝隙（22）为铜层上腐蚀的缝隙。

9.根据权利要求1所述的多模复合天线，其特征在于：馈电避让缝隙（22）横向或纵向贯穿第二介质层（2），横向为介质层的长度方向，纵向为介质层的宽度方向。

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