CN114221122B - 双端口同极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双端口同极化天线，包括从上至下依次设置的PCB上金属面、PCB介质板、PCB下金属面、天线馈电波导；PCB上金属面上设有左右对称的左辐射金属面开孔和右辐射金属面开孔；PCB介质板上设有金属化过孔，左金属化过孔单元和右金属化过孔单元共用一列公共金属化过孔；PCB下金属面上设有左耦合缝隙和右耦合缝隙；本发明馈电端口可以实现天线相同极化且端口间有较好的隔离度，该天线单元通过合理的布阵可以实现接收、发射状态共天线口径，该方案相对于传统的单天线加环形器或者开关方案，在不增加额外天线口径的前提下，节约了环形器或者开关器件成本，且减少了环形器或者开关器件本身的损耗，可以大大提升系统性能。

Description

双端口同极化天线
技术领域
本发明属于雷达通信系统中的相控阵天线领域，尤其涉及一种新型的紧凑的可以实现接收和发射支路分离的双端口同极化天线单元结构。
背景技术
随着相控阵天线技术在雷达通信系统中的普遍运用，雷达系统希望相控阵天线在相同的截面尺寸（后文称为口径）下实现更高的天线性能。
传统的相控阵天线系统要实现接收和发射功能，普遍采用同一天线单元加环形器或者开关的方式实现，传统单天线加环形器相控阵天线系统如图1所示，传统单天线加开关相控阵天线系统如图2所示。由于环形器和开关本身具有一定的损耗，尤其在频率较高时，其损耗甚至可以达到2dB~3dB，严重影响了系统的性能（损耗3dB，就需要增加一倍的天线来补偿，即需要天线口面增加一倍的面积来补偿）。
本发明相控阵天线系统如图3所示。图1、图2、图3系统中除111、112、113标识部分不一样以外其余后端射频链路均一样。其中111为传统天线单元加环形器的方案，112为传统天线单元加开关的方案，113为本发明的方案；本发明方案113可以替换原有系统方案的111和112；相控阵天线接收链路一般包含天线、LNA（低噪声放大器）、移向器、衰减器、功分网络等器件，发射链路一般包含天线、PA（功率放大器）、移相器、衰减器、功分网络等器件。图1采用环形器实现接收、发射链路分离；图2采用加开关的方式实现接收和发射链路分时工作；图3本发明通过设计一种紧凑的双端口同极化天线单元，使接收和发射支路各接天线单元的一个端口，实现在接收、发射状态共用阵面口径。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种紧凑的双端口同极化天线，通过合理的布阵可以实现接收、发射状态共天线口径，该方案相对于传统的单天线+环形器或者开关方案，在不增加额外天线口径的前提下，节约了环形器或者开关器件成本且环形器或者开关器件本身的损耗，可以大大提升系统性能。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种双端口同极化天线，包括从上至下依次设置的PCB上金属面1、PCB介质板2、PCB下金属面3、天线馈电波导4；
所述PCB上金属面1、PCB介质板2、PCB下金属面3、天线馈电波导4都为左右对称结构且四者中心重合；
PCB上金属面1上设有左右对称的左辐射金属面开孔51和右辐射金属面开孔52；
PCB介质板2上设有金属化过孔6，包括左右对称的左金属化过孔单元61和右金属化过孔单元62，左金属化过孔单元61和右金属化过孔单元62的中轴线处共用一列公共金属化过孔63；左金属化过孔单元61的外轮廓包围左侧辐射金属面开孔51的开孔轮廓；右金属化过孔单元62的外轮廓包围右侧辐射金属面开孔52的开孔轮廓；
PCB下金属面3上设有左右对称的左耦合缝隙71和右耦合缝隙72；
左耦合缝隙71、左金属化过孔单元61、左辐射金属面开孔51三者中心对齐；
右耦合缝隙72、右金属化过孔单元62、右辐射金属面开孔52三者中心对齐。
作为优选方式，PCB上金属面1用于向空中辐射电磁波；
金属化过孔6用于实现天线匹配及提高天线端口间隔离度，该金属化过孔6不仅用于提高天线单元间的隔离度也用于提高同一天线单元不同端口间的隔离度；
左耦合缝隙71和右耦合缝隙72用于实现天线匹配；
馈电波导第一端口8和馈电波导第二端口9分别接后端的接收和发射支路；
PCB上金属面1、PCB下金属面3通过金属化过孔6连接形成类似波导腔体结构，且接收、发射波导口共用部分公共金属化过孔63。
作为优选方式，左耦合缝隙71和右耦合缝隙72为矩形或工字型。
作为优选方式，左辐射金属面开孔51和右辐射金属面开孔52都包括上下对称设置的两个开孔。
作为优选方式，左辐射金属面开孔51和右辐射金属面开孔52都包括上下对称设置的两个矩形孔。
作为优选方式，左辐射金属面开孔51和右辐射金属面开孔52都包括上下对称设置的两个椭圆孔。
作为优选方式，每个开孔的内部两相邻边交界处倒角。
作为优选方式，天线馈电波导4包括馈电波导第一端口8和馈电波导第二端口9。
作为优选方式，天线馈电波导4为馈电脊波导12。
本发明的有益效果为：本发明通过合理的设计，两个馈电端口可以实现天线相同极化且端口间有较好的隔离度，该天线单元通过合理的布阵可以实现接收、发射状态共天线口径，该方案相对于传统的单天线加环形器或者开关方案，在不增加额外天线口径的前提下，节约了环形器或者开关器件成本，且减少了环形器或者开关器件本身的损耗，可以大大提升系统性能。
附图说明
图1 是传统单天线加环形器相控阵天线系统方案。
图2是传统单天线加开关相控阵天线系统方案。
图3是本发明相控阵天线系统方案。
图4是本发明实施例1的双端口同极化天线爆炸图。
图5是本发明实施例2的双端口同极化天线爆炸图。
图6是本发明实施例3的双端口同极化天线爆炸图。
图7是本发明实施例4的双端口同极化天线爆炸图。
图8是本发明实施例1的双端口同极化天线俯视图。
图9是本发明实施例2的双端口同极化天线俯视图。
图10是本发明实施例3的双端口同极化天线俯视图。
图11是本发明实施例4的双端口同极化天线俯视图。
1为PCB上金属面，2为PCB介质板，3为PCB下金属面，4为天线馈电波导，5为辐射金属面开孔，51为左辐射金属面开孔，52为右辐射金属面开孔，6为金属化过孔，61为左金属化过孔单元，62为右金属化过孔单元，63为公共金属化过孔，7为耦合缝隙，71为左耦合缝隙，72为右耦合缝隙，8为馈电波导第一端口，9为馈电波导第二端口，12为馈电脊波导，111为传统单天线加环形器的相控阵天线系统方案，112为传统单天线加开关的相控阵天线系统方案，113为本发明的相控阵天线系统方案。
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4、图8所示，本实施例提供一种双端口同极化天线，包括从上至下依次设置的PCB上金属面1、PCB介质板2、PCB下金属面3、天线馈电波导4；
所述PCB上金属面1、PCB介质板2、PCB下金属面3、天线馈电波导4都为左右对称结构且四者中心重合；
PCB上金属面1上设有左右对称的左辐射金属面开孔51和右辐射金属面开孔52；
PCB介质板2上设有金属化过孔6，包括左右对称的左金属化过孔单元61和右金属化过孔单元62，左金属化过孔单元61和右金属化过孔单元62的中轴线处共用一列公共金属化过孔63；左金属化过孔单元61的外轮廓包围左侧辐射金属面开孔51的开孔轮廓；右金属化过孔单元62的外轮廓包围右侧辐射金属面开孔52的开孔轮廓；
PCB下金属面3上设有左右对称的左耦合缝隙71和右耦合缝隙72；
左耦合缝隙71、左金属化过孔单元61、左辐射金属面开孔51三者中心对齐；
右耦合缝隙72、右金属化过孔单元62、右辐射金属面开孔52三者中心对齐。
其中，PCB上金属面1用于向空中辐射电磁波；
天线馈电波导4包括馈电波导第一端口8和馈电波导第二端口9。
左辐射金属面开孔51和右辐射金属面开孔52都包括上下对称设置的两个矩形孔。每个矩形孔的内部两相邻边交界处倒角。矩形内角倒角使矩形角更加平滑。
左耦合缝隙71和右耦合缝隙72为矩形。馈电采用矩形波导的天线单元结构。
金属化过孔6用于实现天线匹配及提高天线端口间隔离度，该金属化过孔6不仅用于提高天线单元间的隔离度也用于提高同一天线单元不同端口间的隔离度；
左耦合缝隙71和右耦合缝隙72用于实现天线匹配；
馈电波导第一端口8和馈电波导第二端口9分别接后端的接收和发射支路，
PCB上金属面1、PCB下金属面3通过金属化过孔6连接形成类似波导腔体结构，且接收、发射波导口共用部分公共金属化过孔63。
实施例2
如图5、图9所示，本实施例和实施例1的区别在于：左辐射金属面开孔51和右辐射金属面开孔52都包括上下对称设置的两个椭圆孔。也可以是可以实现天线匹配的其他形状的孔。
实施例3
如图6、图10所示，本实施例和实施例1的区别在于：左耦合缝隙71和右耦合缝隙72为工字型。也可以是可以实现缝隙耦合的其他单元形状如哑铃形等。
实施例4
如图7、图11所示，本实施例和实施例1的区别在于：天线馈电波导4为馈电脊波导12，也可以是单脊波导或者椭圆波导。
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 (8)

1.一种双端口同极化天线，其特征在于：包括从上至下依次设置的PCB上金属面（1）、PCB介质板（2）、PCB下金属面（3）、天线馈电波导（4）；
所述PCB上金属面（1）、PCB介质板（2）、PCB下金属面（3）、天线馈电波导（4）都为左右对称结构且四者中心重合；
PCB上金属面（1）上设有左右对称的左辐射金属面开孔（51）和右辐射金属面开孔（52）；
PCB介质板（2）上设有金属化过孔（6），包括左右对称的左金属化过孔单元（61）和右金属化过孔单元（62），左金属化过孔单元（61）和右金属化过孔单元（62）的中轴线处共用一列公共金属化过孔（63）；左金属化过孔单元（61）的外轮廓包围左侧辐射金属面开孔（51）的开孔轮廓；右金属化过孔单元（62）的外轮廓包围右侧辐射金属面开孔（52）的开孔轮廓；
PCB下金属面（3）上设有左右对称的左耦合缝隙（71）和右耦合缝隙（72）；
左耦合缝隙（71）、左金属化过孔单元（61）、左辐射金属面开孔（51）三者中心对齐；
右耦合缝隙（72）、右金属化过孔单元（62）、右辐射金属面开孔（52）三者中心对齐；
天线馈电波导（4）包括馈电波导第一端口（8）和馈电波导第二端口（9）；
馈电波导第一端口（8）和馈电波导第二端口（9）分别接后端的接收和发射支路；
馈电波导第一端口（8）和馈电波导第二端口（9）分别和左耦合缝隙（71）、右耦合缝隙（72）耦合。
2.根据权利要求1所述的双端口同极化天线，其特征在于：PCB上金属面（1）用于向空中辐射电磁波；
金属化过孔（6）用于实现天线匹配及提高天线端口间隔离度，该金属化过孔（6）不仅用于提高天线单元间的隔离度也用于提高同一天线单元不同端口间的隔离度；
左耦合缝隙（71）和右耦合缝隙（72）用于实现天线匹配；
馈电波导第一端口（8）和馈电波导第二端口（9）分别接后端的接收和发射支路，
PCB上金属面（1）、PCB下金属面（3）通过金属化过孔（6）连接形成类似波导腔体结构，且接收、发射波导口共用部分公共金属化过孔（63）。
3.根据权利要求1所述的双端口同极化天线，其特征在于：左耦合缝隙（71）和右耦合缝隙（72）为矩形或工字型。
4.根据权利要求1所述的双端口同极化天线，其特征在于：左辐射金属面开孔（51）和右辐射金属面开孔（52）都包括上下对称设置的两个开孔。
5.根据权利要求1所述的双端口同极化天线，其特征在于：左辐射金属面开孔（51）和右辐射金属面开孔（52）都包括上下对称设置的两个矩形孔。
6.根据权利要求1所述的双端口同极化天线，其特征在于：左辐射金属面开孔（51）和右辐射金属面开孔（52）都包括上下对称设置的两个椭圆孔。
7.根据权利要求4所述的双端口同极化天线，其特征在于：每个开孔的内部两相邻边交界处设置倒角。
8.根据权利要求1所述的双端口同极化天线，其特征在于：天线馈电波导（4）为馈电脊波导（12）。
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