CN113745834A - 一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构 - Google Patents

一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,包括有寄生谐振去耦结构单元,所述寄生谐振去耦结构单元间隙的设置在天线单元上方;所述天线单元包括有相同的第一圆极化天线和第二圆极化天线,所述第一圆极化天线和第二圆极化天线阵列的设置在金属地板上,所述第一圆极化天线和第二圆极化天线上方间隙的设置有寄生谐振单元。通过将该宽带圆极化去耦结构集成于紧凑放置的宽带圆极化阵列,可以在保证天线单元原有极化特性的情况下有效降低天线端口间耦合,且可以进一步提升天线单元的可实现增益。

Description

一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构
技术领域
本发明属于天线去耦技术领域,涉及一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构。
背景技术
随着电子技术的飞速发展,对收发天线的高功率、高信道容量及靠干扰特性的需求也不断增加。宽带圆极化天线阵列具有高信道容量、抗多径衰落及抗极化失配的优点,在卫星通信等领域具有广泛的应用。但是在实际工程应用中,平台可供天线阵列安装的空间十分有限,同时,为了抑制天线阵列方向图栅瓣的产生,要求天线单元间距尽可能小,一般中心间距不大于0.5倍天线工作波长。然而,降低天线单元间的中心间距会导致相邻天线单元的端口间强耦合,从而对天线阵列性能产生一系列不利影响,比如会导致天线匹配失调、方向图畸变、极化特性恶化及辐射效率降低等。因此发展适用于宽带圆极化紧凑阵列去耦技术变得尤为重要。而传统去耦方法绝大部分仅适用于线极化天线阵列,且已报道的圆极化去耦方法存在去耦带宽受限的不足。
发明内容
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案,本发明的目的是提供一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,用于在保证圆极化天线极化辐射特性的情况下有效降低圆极化天线端口间耦合。
本发明的该目的是通过这样的技术方案实现的,包括有寄生谐振去耦结构单元,所述寄生谐振去耦结构单元间隙的设置在天线单元上方;
所述天线单元包括有相同的第一圆极化天线和第二圆极化天线,所述第一圆极化天线和第二圆极化天线阵列的设置在金属地板上,所述第一圆极化天线和第二圆极化天线上方间隙的设置有寄生谐振去耦结构单元。
作为优选,所述寄生谐振去耦结构单元包括有去耦介质基板,所述去耦介质基板间隙设置在第一圆极化天线和第二圆极化天线上方;
所述去耦介质基板上端面蚀刻有“卍”字型金属去耦结构模块,所述金属去耦结构模块位于第一圆极化天线与第二圆极化天线之间的中心位置的上方,所述“卍”字型金属去耦结构模块的“卍”字型旋向与第一圆极化天线或第二圆极化天线的旋向一致。
作为优选,所述去耦介质基板与第一圆极化天线之间的间隙为d1,所述2.5mm≥d1≥3.5mm。
作为优选,所述d1=3mm。
作为优选,所述去耦介质基板的材料为FR4_epoxy,所述去耦介质基板的相对介电常数为4.4,所述去耦介质基板的损耗角正切为0.02,所述去耦介质基板的厚度为1mm。
作为优选,所述“卍”字型金属去耦结构模块包括有相同的第一边和第二边,所述第一边与第二边相互垂直,所述第一边与第一圆极化天线和第二圆极化天线的阵列方向呈45度设置,所述第一边和第二边的交点位置与第一边的中心点位置相重合,所述第一边和第二边的交点位置还与第二边的中心点位置相重合;
所述第一边的两端点位置分别垂直的设置有第三边,所述第二边的两端点分别垂直的设置有第四边,所述第三边与第四边相同,两个所述第三边和两个第四边相对于第一边的中心点位置圆形阵列;
所述第一边和第二边的长度均为L2,所述第三边和第四边的长度均为L1,所述第三边的宽度与第一边的宽度相等且均为W1
所述55mm≥L1≥57mm,所述30mm≥L2≥32mm,所述6.5mm≥W1≥7.5mm。
作为优选,所述L1=56mm,L2=31mm,W1=7mm。
作为优选,所述第一圆极化天线的介质基板与金属地板的距离为d2,所述35mm≥d2≥37mm。
作为优选,所述d2=36mm。
采用以上结构后,本发明相较于现有技术,具备以下优点:
1、“卍”字型金属去耦结构模块利用寄生谐振结构的二次辐射特性,可以在相邻天线引入与天线间耦合电流等幅反相的二次耦合电流,从而有效降低天线间的端口耦合并提升阵列的可实现增益,且具有良好的普适特性;
2、“卍”字型金属去耦结构模块可以引入正交耦合电流,可以在实现宽带去耦效果同时保证天线单元的极化特性;
3、本申请通过将“卍”字型金属去耦结构模块设置在去耦介质基板上,通过将去耦介质基板与第一圆极化天线和第二圆极化天线之间呈上下的间隙设置,该间隙的高度可用于调整“卍”字型金属去耦结构模块上耦合电流的幅值与相位。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为加载本发明寄生谐振去耦结构单元的两圆极化天线阵列的三维视图;
图2为加载本发明寄生谐振去耦结构单元的两圆极化天线阵列的侧视图;
图3为本发明的“卍”字型金属去耦结构模块的俯视图;
图4为本发明未加载寄生谐振去耦结构单元的两圆极化天线阵列仿真S参数及轴比;
图5为本发明加载寄生谐振去耦结构单元的两圆极化天线阵列仿真S参数及轴比;
图6为本发明加载及未加载寄生谐振去耦结构单元且仅一天线激励时的可实现增益。
图中:1.偶极子天线辐射体;2.“卍”字型金属去耦结构模块;3.去耦介质基板;4.天线介质基板;5.同轴探针馈电结构;6.金属地板;7.第一边;8.第二边;9.第三边;10.第四边。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示,一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,包括有寄生谐振去耦结构单元,所述寄生谐振去耦结构单元间隙的设置在天线单元上方;
所述天线单元包括有相同的第一圆极化天线和第二圆极化天线,所述第一圆极化天线和第二圆极化天线阵列的设置在金属地板6上,所述第一圆极化天线和第二圆极化天线上方间隙的设置有寄生谐振去耦结构单元;
所述第一圆极化天线和第二圆极化天线均为喇叭天线单元,喇叭天线单元包括有偶极子天线辐射体1、天线介质基板4、同轴探针馈电结构5,所述同轴探针馈电结构5的内导体与偶极子天线辐射体1连接,所述同轴探针馈电结构5的外导体与金属地板6连接,所述偶极子天线辐射体1设置在天线介质基板4上。
所述寄生谐振去耦结构单元包括有去耦介质基板3,所述去耦介质基板3间隙设置在第一圆极化天线和第二圆极化天线上方;
所述去耦介质基板3上端面蚀刻有“卍”字型金属去耦结构模块,所述金属去耦结构模块位于第一圆极化天线与第二圆极化天线之间的中心位置的上方,所述“卍”字型金属去耦结构模块的“卍”字型旋向与第一圆极化天线或第二圆极化天线的旋向一致。
所述去耦介质基板3与第一圆极化天线之间的间隙为3mm。
所述去耦介质基板3的材料为FR4_epoxy,所述去耦介质基板3的相对介电常数为4.4,所述去耦介质基板3的损耗角正切为0.02,所述去耦介质基板3的厚度为1mm。
所述“卍”字型金属去耦结构模块包括有相同的第一边7和第二边8,所述第一边7与第二边8相互垂直,所述第一边7与第一圆极化天线和第二圆极化天线的阵列方向呈45度设置,所述第一边7和第二边8的交点位置与第一边7的中心点位置相重合,所述第一边7和第二边8的交点位置还与第二边8的中心点位置相重合;
所述第一边7的两端点位置分别垂直的设置有第三边9,所述第二边8的两端点分别垂直的设置有第四边10,所述第三边9与第四边10相同,两个所述第三边9和两个第四边10相对于第一边7的中心点位置圆形阵列;所述第一边7和第二边8的长度均为31mm,所述第三边9和第四边10的长度均为56mm,所述第三边9的宽度与第一边7的宽度相等且均为7mm;所述第一圆极化天线的介质基板与金属地板6的距离为36mm。
表1本发明各参数最佳尺寸表
Figure BDA0003251006170000041
依照表1参数,使用高频电磁仿真软件HFSS对加载及未加载寄生谐振去耦结构单元的两圆极化天线阵列的S参数、轴比及可实现增益行仿真分析,其分析结果如下:
如图4所示,该情况下天线的-10dB带宽可以涵盖1.7-2.7GHz,在该频段内天线单元间的端口耦合最大为-10.9dB,具有良好的左旋圆极化特性。
如图5所示,该情况下天线的-10dB带宽可以涵盖1.7-2.7GHz,在该频段内天线单元间的端口耦合最大为-21.3dB,相较于未加载本发明的寄生谐振去耦结构单元的情况,端口间隔离度有9.4dB以上的提升,最大提升为20.4dB,天线单元仍具有良好的左旋圆极化特性。
如图6所示,相较于未加载寄生谐振去耦结构单元的情况,加载本发明的寄生谐振去耦结构单元可以有效提升天线单元的可实现增益,最大提升为1.2dB。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述结构包括有寄生谐振去耦结构单元,所述寄生谐振去耦结构单元间隙的设置在天线单元上方;
所述天线单元包括有相同的第一圆极化偶极子天线和第二圆极化偶极子天线,所述第一圆极化偶极子天线和第二圆极化偶极子天线阵列的设置在金属地板(6)上,所述第一圆极化偶极子天线和第二圆极化偶极子天线上方间隙的设置有寄生谐振去耦结构单元。
2.根据权利要求1所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述寄生谐振去耦结构单元包括有去耦介质基板(3),所述去耦介质基板(3)间隙设置在第一圆极化天线和第二圆极化天线上方;
所述去耦介质基板(3)上端面蚀刻有“卍”字型金属去耦结构模块,所述金属去耦结构模块位于第一圆极化天线与第二圆极化天线之间的中心位置的上方,所述“卍”字型金属去耦结构模块的“卍”字型旋向与第一圆极化天线或第二圆极化天线的旋向一致。
3.根据权利要求2所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述去耦介质基板(3)与第一圆极化天线之间的间隙为d1,所述2.5mm≥d1≥3.5mm。
4.根据权利要求3所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述d1=3mm。
5.根据权利要求2所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述去耦介质基板(3)的材料为FR4_epoxy,所述去耦介质基板(3)的相对介电常数为4.4,所述去耦介质基板(3)的损耗角正切为0.02,所述去耦介质基板(3)的厚度为1mm。
6.根据权利要求2所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述“卍”字型金属去耦结构模块包括有相同的第一边(7)和第二边(8),所述第一边(7)与第二边(8)相互垂直,所述第一边(7)与第一圆极化天线和第二圆极化天线的阵列方向呈45度设置,所述第一边(7)和第二边(8)的交点位置与第一边(7)的中心点位置相重合,所述第一边(7)和第二边(8)的交点位置还与第二边(8)的中心点位置相重合;
所述第一边(7)的两端点位置分别垂直的设置有第三边(9),所述第二边(8)的两端点分别垂直的设置有第四边(10),所述第三边(9)与第四边(10)相同,两个所述第三边(9)和两个第四边(10)相对于第一边(7)的中心点位置圆形阵列;
所述第一边(7)和第二边(8)的长度均为L2,所述第三边(9)和第四边(10)的长度均为L1,所述第三边(9)的宽度与第一边(7)的宽度相等且均为W1
所述55mm≥L1≥57mm,所述30mm≥L2≥32mm,所述6.5mm≥W1≥7.5mm。
7.根据权利要求6所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述L1=56mm,L2=31mm,W1=7mm。
8.根据权利要求1所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述第一圆极化天线的介质基板与金属地板(6)的距离为d2,所述35mm≥d2≥37mm。
9.根据权利要求8所述的一种宽带圆极化紧凑天线阵列的寄生谐振去耦结构,其特征在于,所述d2=36mm。
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