CN114300836B - 一种圆极化薄膜天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆极化薄膜天线，包括介质基板、多个天线单元、多次顺序旋转圆极化馈电网络、射频连接器，介质基板上安装有多个天线单元，天线单元以旋转特定角度分布于阵面，天线单元由多次顺序旋转圆极化馈电网络馈电；介质基板上下表面覆盖金属层，介质基板上表面蚀刻有天线单元和多次圆极化馈电网络所需金属图案；射频连接器与多次圆极化馈电网络连接。本发明的有益效果是：本发明圆极化薄膜天线的天线单元采用矩形栅格布局，以四个单元为子阵，子阵中每个单元依次旋转90°分布，同时采用多次顺序旋转圆极化馈电网络，以使该天线具备宽驻波带宽和轴比带宽特性。

Description

一种圆极化薄膜天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种圆极化薄膜天线。

背景技术

随着5G通信技术的逐渐成熟以及6G通信的发展，商业卫星和卫星通信将得广泛普及。星载天线作为卫星的重要传感器也将得到发展，鉴于卫星复杂工作环境和高昂的发射成本，可收纳高性能天线越来越受到重视并被研究。而薄膜天线具备可折叠收纳特性，占用空间少，卫星发射后天线可展开后处于工作状态，薄膜天线属于微带天线的范畴，运用适当的技术可设计不同形式天线以满足用途。因此，薄膜天线被广泛研究。

薄膜天线作为一个重要的研究方向，对天线研究包括各个方面，如专利“一种透明薄膜天线”(申请号为201820339620.1)和“一种防折痕天线”(申请号为201820426063.7)，主要在对天线指向机构方和防止天线被折损方面进行研究。在旋转顺序馈电圆极化天线方面研究亦很多，如专利“一种顺序旋转馈电的圆极化阵列天线”(申请号为202110527788.1)和专利“一种抑制圆极化阵列天线栅瓣的组阵方法”(申请号为202010878369.8)，分别对2×2子阵耦合顺序旋转圆极化天线和相控阵的旋转圆极化栅瓣抑制的布阵和馈电方式进行研究，但是将薄膜和多次顺序旋转圆极化天线的研究较少。

发明内容

本发明提供了一种圆极化薄膜天线，包括介质基板、多个天线单元、多次顺序旋转圆极化馈电网络，所述介质基板上安装有多个所述天线单元，所述天线单元由所述多次顺序旋转圆极化馈电网络馈电；所述天线单元以矩形栅格分布，相邻四个所述天线单元组成一个子阵，在每个子阵中四个所述天线单元依次旋转0°、90°、180°和270°。

作为本发明的进一步改进，由1分4网络以0°、-90°、-180°和-270°分别对四个所述天线单元馈电形成四单元一次圆极化子阵，再由四个一次圆极化子阵依次旋转0°、90°、180°和270°，同样以1分4网络以0°、-90°、-180°和-270°相位对四子阵馈电形成16个所述天线单元二次圆极化子阵，同理形成64单元三次圆极化子阵，依次类推可由2²ⁿ个天线单元形成n次圆极化阵列，每一级圆极化子阵都有1分4馈电端口相位依次为0°、-90°、-180°和-270°网络进行馈电，每一级1分4的集合构成所述多次顺序旋转圆极化馈电网络。(备注：1分4网络是指将一条电路的能量，均分成4路)

作为本发明的进一步改进，所述天线单元和所述多次顺序旋转圆极化馈电网络以激光刻蚀工艺去除介质基板表面上多余的金属形成辐射结构和馈电结构所需金属图形。

作为本发明的进一步改进，该圆极化薄膜天线还包括基座、射频连接器，所述基座安装在所述介质基板下方，所述基座内设安装孔，所述射频连接器安装在所述安装孔内，所述射频连接器外导体外表面与所述基座所述安装孔内表面相接触，所述射频连接器内导体穿过所述介质基板与所述多次顺序旋转圆极化馈电网络连接。

作为本发明的进一步改进，该圆极化薄膜天线还包括接地孔、接地带线，所述基座通过所述接地孔与所述介质基板上的所述接地带线进行连接。

作为本发明的进一步改进，所述基座一侧设有多根金属柱，所述金属柱呈圆形分布，所述接地孔位于所述多次顺序旋转圆极化馈电网络末端馈电位置，所述接地孔数目与所述基座上金属柱数目一致，所述基座上的所述金属柱穿过所述接地孔与所述接地带线焊接。

作为本发明的进一步改进，所述多次顺序旋转圆极化馈电网络末端馈电位置设有圆环形金属片焊盘，以所述末端馈电位置为圆心设有一开口为环状的所述接地带线，在所述接地带线上分布有四个所述接地孔，所述基座上的四个所述金属柱分别穿过四个所述接地孔与所述接地带线焊接。

作为本发明的进一步改进，所述天线单元采用方形贴片，其尺寸为11.76mm，方形贴片切角为1.3mm，各所述天线单元之间的间距为24mm，共采用64个所述天线单元形成三次圆极化天线阵，所述多次顺序旋转圆极化馈电网络末端的所述圆环金属焊盘的外径为1mm，内径为0.6mm；所述接地带线的内径为1.5mm，外径为2.5mm；四个所述接地孔距所述接地带线中心的距离为1.25mm。

作为本发明的进一步改进，所述介质基板为厚度不超过0.1mm的柔性聚酰亚胺薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述射频连接器外导体通过螺纹与所述基座连接，所述射频连接器内导体通过焊接与所述多次顺序旋转圆极化馈电网络连接。

本发明的有益效果是：本发明圆极化薄膜天线的天线单元采用矩形栅格布局，以四个单元为子阵，子阵中每个单元依次旋转90°分布，同时采用多次顺序旋转圆极化馈电网络，以使该天线具备宽驻波带宽和轴比带宽特性。

附图说明

图1是本发明天线整体结构示意图；

图2是本发明馈电局部示意图；图2a是本发明馈电局部剖视图；图2b是本发明馈电局部放大图；

图3是本发明驻波示意图；

图4是本发明轴比示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种圆极化薄膜天线，包括：介质基板1、天线单元2、多次顺序旋转圆极化馈电网络3、基座4、射频连接器5、接地孔6和接地带线7；天线单元2以旋转特定角度分布于阵面(也就是介质基板1的表面)，由多次顺序旋转圆极化馈电网络3馈电，所述介质基板1上下表面覆盖金属层，天线单元2和多次顺序旋转圆极化馈电网络3所需金属图案以激光刻蚀工艺成形于介质基板1上表面,基座4通过接地孔6与介质基板1上的接地带线7进行焊接固定。射频连接器5外导体通过螺纹与基座4连接；射频连接器5的内导体通过焊接与多次顺序旋转圆极化馈电网络3连接。

所述基座4安装在所述介质基板1下方，所述基座4内设安装孔，所述射频连接器5安装在所述安装孔内，所述射频连接器5外导体51外表面与所述基座4所述安装孔内表面相接触，所述射频连接器5内导体50穿过所述介质基板1与所述多次顺序旋转圆极化馈电网络3连接。

介质基板1为柔性聚酰亚胺薄膜，天线单元1采用方形贴片，四个相邻方形贴片组成一个子阵，子阵中每个天线单元1依次旋转0°、90°、180°和270°，四个天线单元通过旋转串馈进行馈电，四个天线单元的馈电相位依次为0°、-90°、-180°和-270°，四个天线单元和馈电以及馈电网络形成一次圆极化子阵。相邻四个一次圆极化子阵依次旋转0°、90°、180°和270°，四个一次圆极化子阵通过相位依次为0°、-90°、-180°和-270°旋转串联馈电网络馈电形成二次元极化子阵。同样由四个二次元极化子阵和旋转馈电网络组成三次圆极化天线。一次圆极化、二次圆极化和三次圆极化的馈电网络共同构成多次顺序旋转圆极化馈电网络3。在多次圆极化馈电网络3末端馈电点E处(如图2)有圆环形金属片作为焊盘，以馈电末端为圆心有一开口环状接地带线7，在接地带线7上分布四个接地孔6，基座4上的金属柱穿过四个接地孔6与接地带线焊接。射频连接器5可穿过基座4上的台阶孔与基座4进行螺裝，射频连接器5的内导体穿过介质基板E处与多次顺序旋转圆极化馈电网络3进行焊接。

实际运用时，介质基板1所用柔性聚酰亚胺薄膜厚度为0.1mm，天线单元2所用的方形贴片的尺寸为11.76mm，方形贴片切角为1.3mm，方形贴片之间的间距为24mm，共采用64个天线单元2形成三次圆极化天线阵。多次顺序旋转圆极化馈电网络3末端圆环金属焊盘的外径为1mm，内径为0.6mm，开口环状接地带线内径为1.5mm，外径为2.5mm，四个接地孔距开口圆环接地带线7中心的距离为1.25mm。

图3为本发明的端口驻波示意图，该圆极化薄膜天线在8GHz到9GHz端口驻波不大于2.5；

图4为本发明的轴比示意图，该圆极化薄膜天线在8.1GHz到9GHz天线法向轴比不大于5dB。

本发明的工作原理如下：使用柔性聚酰亚胺薄膜使天线具备柔性和可折叠性；在薄介质基板条件下多次应用顺序旋转馈电技术使天线的驻波带宽和轴比带宽得到拓宽；考虑到聚酰亚胺薄膜金属化通孔难以实现，在馈电末端通过特殊基座4和接地孔6以及接地带线7构成类同轴结构完成射频连接器5的匹配和牢固连接。

本发明的有益效果：1.本发明采用的介质基板1为厚度不超过0.1mm的柔性聚酰亚胺薄膜，其具备可收纳特性；2.本发明圆极化薄膜天线的天线单元2采用矩形栅格布局，以四个单元为子阵，子阵中每个单元依次旋转90°分布，同时采用多次顺序旋转圆极化馈电网络3，以使该天线具备宽驻波带宽和轴比带宽特性；3.本发明采用基座4，接地孔6和接地带线7等辅助结构，通过基座4和介质基板1的连接以及射频连接器5与基座4机械装配，使射频连接器5与天线有可靠的连接。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种圆极化薄膜天线，其特征在于：包括介质基板(1)、多个天线单元(2)、多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)，所述介质基板(1)上安装有多个所述天线单元(2)，所述天线单元(2)由所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)馈电；所述天线单元(2)以矩形栅格分布，相邻四个所述天线单元(2)组成一个子阵，在每个子阵中四个所述天线单元(2)依次旋转0°、90°、180°和270°；

该圆极化薄膜天线还包括基座(4)、射频连接器(5)，所述基座(4)安装在所述介质基板(1)下方，所述基座(4)内设安装孔，所述射频连接器(5)安装在所述安装孔内，所述射频连接器(5)外导体(51)外表面与所述基座(4)所述安装孔内表面相接触，所述射频连接器(5)内导体(50)穿过所述介质基板(1)与所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)连接；该圆极化薄膜天线还包括接地孔(6)、接地带线(7)，所述基座(4)通过所述接地孔(6)与所述介质基板(1)上的所述接地带线(7)进行连接；所述基座(4)一侧设有多根金属柱，所述金属柱呈圆形分布，所述接地孔(6)位于所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)末端馈电位置，所述接地孔(6)数目与所述基座(4)上金属柱数目一致，所述基座(4)上的所述金属柱穿过所述接地孔(6)与所述接地带线(7)焊接；

所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)末端馈电位置设有圆环形金属片焊盘(8)，以所述末端馈电位置为圆心设有一开口为环状的所述接地带线(7)，在所述接地带线(7)上分布有四个所述接地孔(6)，所述基座(4)上的四个所述金属柱分别穿过四个所述接地孔(6)与所述接地带线(7)焊接。

2.根据权利要求1所述的圆极化薄膜天线，其特征在于：由1分4网络以0°、-90°、-180°和-270°分别对四个所述天线单元(2)馈电形成四单元一次圆极化子阵，再由四个一次圆极化子阵依次旋转0°、90°、180°和270°，同样以1分4网络以0°、-90°、-180°和-270°相位对四子阵馈电形成16个所述天线单元(1)二次圆极化子阵，同理形成64单元三次圆极化子阵，依次类推可由2²ⁿ个天线单元(1)形成n次圆极化阵列，每一级圆极化子阵都有1分4馈电端口相位依次为0°、-90°、-180°和-270°网络进行馈电，每一级1分4的集合构成所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)。

3.根据权利要求1所述的圆极化薄膜天线，其特征在于：所述天线单元(2)和所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)以激光刻蚀工艺去除介质基板(1)表面上多余的金属形成辐射结构和馈电结构所需金属图形。

4.根据权利要求1所述的圆极化薄膜天线，其特征在于：所述天线单元(2)采用方形贴片，其尺寸为11.76mm，方形贴片切角为1.3mm，各所述天线单元(2)之间的间距为24mm，共采用64个所述天线单元(2)形成三次圆极化天线阵，所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)末端的所述圆环形金属焊盘(8)的外径为1mm，内径为0.6mm；所述接地带线(7)的内径为1.5mm，外径为2.5mm；四个所述接地孔(6)距所述接地带线(7)中心的距离为1.25mm。

5.根据权利要求1所述的圆极化薄膜天线，其特征在于：所述介质基板(1)为厚度不超过0.1mm的柔性聚酰亚胺薄膜。

6.根据权利要求1所述的圆极化薄膜天线，其特征在于：所述射频连接器(5)外导体(51)通过螺纹与所述基座(4)连接，所述射频连接器(5)内导体(50)通过焊接与所述多次顺序旋转圆极化馈电网络(3)连接。