CN115224494B - 一种双频双极化共口径天线及天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双频双极化共口径天线，包括金属板和设置在金属板上的介质基板，所述介质基板上设置有多个呈三角形栅格排布的高频金属贴片和在高频金属贴片之间镶嵌设置的低频金属贴片，所述高频金属贴片和低频金属贴片分别通过馈电探针连接到金属板上。本发明的优点在于：在呈三角形栅格排布的高频金属贴片的分布区域内，镶嵌设置低频金属贴片，使得低频和高频天线能够共口径辐射，节省了布设贴片所需的空间，能够满足小空间布阵的使用需求，而且三角形格栅排布能够扩大扫描角度，高频金属贴片的使用数量。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双频双极化共口径天线及天线阵列。
背景技术
随着现代无线通信技术的发展，尤其在对空间尺寸有强烈需求的场景下，要求天线在有限的空间内实现多频段、多极化，由此推动了共口径天线技术的研究。共口径系统通过不同种类天线在空间上的合理布局，充分利用有限的系统空间，降低不同工作频段天线之间的电磁耦合影响，从而使得不同频段不同功能的多个天线可以在相互独立的情况下互不影响地工作。与多个天线分开排布相比，共口径天线在尽可能控制天线的尺寸和重量的前提下，极大节省了天线占用空间，满足现代通信技术对天线高空间利用率和高频谱利用率的要求。
在现有的技术中，中国专利申请号CN201921432326.6中公开了一种L和S双频段一体化微带天线，由十字形L频段微带天线和矩形S频段微带天线组成，L频段天线包含上中下三层微带天线，S频段天线在中层L频段天线周围呈矩形阵列排布。该天线具备共口径同时辐射L及S频段信号的能力，但由于天线单元分布不均匀，不易组成大规模阵列天线。中国专利申请号CN201910154236.3中公开了一种双波段宽带圆极化共口径天线，由磁电偶极子天线单元和微带天线单元组成。微带天线单元由主辐射贴片和寄生辐射贴片组成，微带天线阵列通过单元矩形排布组成。磁电偶极子辐射体和馈电臂垂直固定在地板中央。该天线单元间距较大，组阵后将无法实现大角度扫描。
在现有的共口径天线单元中，部分天线由于结构限制无法进行大规模组阵，少数共口径天线单元可以组成阵列，但是天线组阵方式均是矩形栅格排列，这种组阵方式虽然结构对称便于在天线单元之间的缝隙中镶嵌其他频段的天线单元，但是矩形栅格排列的阵列不利于实现大角度扫描和减少天线单元的数量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够实现双频双极化的共口径天线，并且进一步提供了该共口径天线的天线阵列，以提高扫描角度。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种双频双极化共口径天线，包括金属板和设置在金属板上的介质基板，所述介质基板上设置有多个呈三角形栅格排布的高频金属贴片和在高频金属贴片之间镶嵌设置的低频金属贴片，所述高频金属贴片和低频金属贴片分别通过馈电探针连接到金属板上。
本发明在呈三角形栅格排布的高频金属贴片的分布区域内，镶嵌设置低频金属贴片，使得低频和高频天线能够共口径辐射，节省了布设贴片所需的空间，能够满足小空间布阵的使用需求，而且三角形格栅排布能够扩大扫描角度，高频金属贴片的使用数量。
优选的，所述低频金属贴片中间具有避让孔，所述避让孔与高频金属贴片的排布方向平行的两个对边分别向两端延伸形成两个延长边，两个延长边在避让孔的两端分别形成第一凹槽，两个第一凹槽内分别围合设置有一个高频金属贴片；所述避让孔两侧的延长边上设置有多个与延长边垂直的凸片，相邻凸片与延长边之间形成第二凹槽，所述第二凹槽内分别容纳有一个高频金属贴片。
优选的，所述介质基板上沿横向等间隔设置有4列沿纵向排列的高频金属贴片，每列包括4个等间隔分布的高频金属贴片，相邻两列的高频金属贴片沿介质基板的纵向交错设置，被一列高频金属贴片间隔的两列的高频金属贴片沿介质基板的纵向设置位置相同。
优选的，所述避让孔内的高频金属贴片排列在左侧第二列从上至下第三个位置。
优选的，所述避让孔两侧的延长边上分别在两端和中间位置设置有三个凸片，左侧第一列和第三列的中间两个高频金属贴片分别镶嵌在一个第二凹槽内。
优选的，所述低频金属贴片通过在金属片上挖孔形成所述避让孔，通过裁剪形成所述第一凹槽和第二凹槽。
本发明还提供了一种天线阵列，包括呈三角格栅排布的多个天线子阵，所述天线子阵为所述的双频双极化共口径天线。
本发明提供的双频双极化共口径天线及天线阵列的优点在于：在呈三角形栅格排布的高频金属贴片的分布区域内，镶嵌设置低频金属贴片，使得低频和高频天线能够共口径辐射，节省了布设贴片所需的空间，能够满足小空间布阵的使用需求，而且三角形格栅排布能够扩大扫描角度，高频金属贴片的使用数量。采用三角形栅格排列进行共口径组阵，因此高频天线单元间的空间比矩形栅格排列下更加不均匀。在这种不均匀的空间中放置低频天线单元利用了不规则微带天线同样具备较好的辐射性能这一特点，因此可以将低频段的微带天线进行挖孔及裁剪以适应高频天线单元间不规则的缝隙。双频双极化共口径天线结构对称，高低频天线单元分布均匀，非常易于组成天线阵列；采用三角形栅格排布进行组阵，能够在减少天线单元数量的情况下实现大角度扫描；结构简单紧凑，设计过程简单，体积小，重量轻，便于无线通信系统实现小型化。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的双频双极化共口径天线的结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的双频双极化共口径天线的排布示意图；
图3为本发明的实施例提供的天线阵列的示意图；
图4为本发明的实施例提供的天线阵列的高频天线S参数曲线；
图5为本发明的实施例提供的天线阵列的低频天线S参数曲线；
图6为本发明的实施例提供的天线阵列在低频波段(2.1GHz～2.4GHz)的高低频天线间隔离度曲线；
图7为本发明的实施例提供的天线阵列在高频波段(7.5GHz～9.5GHz)的高低频天线间隔离度曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1和图2，本实施例提供了一种双频双极化共口径天线，包括金属板1和设置在金属板1上的介质基板2，所述介质基板2上设置有多个呈三角形栅格排布的高频金属贴片3和在高频金属贴片3之间镶嵌设置的低频金属贴片4，所述高频金属贴片3和低频金属贴片4分别通过馈电探针5连接到金属板1上，所述馈电探针5穿过介质基板2与金属板1连接。
本实施例在呈三角形栅格排布的高频金属贴片3的分布区域内，镶嵌设置低频金属贴片4，使得低频和高频天线能够共口径辐射，节省了布设贴片所需的空间，能够满足小空间布阵的使用需求，而且三角形格栅排布能够扩大扫描角度，高频金属贴片3的使用数量。
参考图2，所述介质基板2上沿横向等间隔设置有4列沿纵向排列的高频金属贴片3，每列包括4个等间隔分布的高频金属贴片3，相邻两列的高频金属贴片3沿介质基板2的纵向交错设置，被一列高频金属贴片3间隔的两列高频金属贴片3沿介质基板2的纵向设置位置相同。从而使相邻两列的高频金属贴片3能够拼合成三角形结构。
所述低频金属贴片4中间具有避让孔41，所述避让孔41上与介质基板2平行的两个对边分别向两端延伸形成两个延长边42，所述两个延长边42与避让孔41与介质基板2横向平行的两边围合形成两个处于避让孔41两端的第一凹槽43，两个第一凹槽43内分别围合设置有一个所述高频金属贴片3；所述避让孔41两侧的延长边41上设置有多个与延长边41垂直的凸片44，相邻凸片44与延长边41之间形成第二凹槽45，所述第二凹槽45内分别容纳有一个高频金属贴片3。
具体的，在图2所示的视角中，所述避让孔41内的高频金属贴片3设置在左侧第二列从上之下的第三个位置，此时，避让孔41两端的第一凹槽43内分别容纳该列的第二和第四个高频金属贴片3，避让孔41两侧的延长边42分别在两端和中间位置设置有三个凸片44，左侧第一列和第三列的中间两个高频金属贴片3分别镶嵌在一个第二凹槽45内，实现在高频金属贴片3的空间内镶嵌设置低频金属贴片4的目的，同时低频金属贴片4能够避开高频金属贴片3，并满足半波长间距的要求，得到双频双极化共口径天线。
在具体组装时，首先在介质基板2上根据要求固定多个高频金属贴片3，然后在低频金属贴,4的金属片上挖孔得到所述避让孔41，并根据高频金属贴片3的位置进行裁剪形成所述的第一凹槽43和第二凹槽45。
参考图3，本实施例还提供了一种天线阵列，包括呈三角格栅排布的多个天线子阵，所述天线子阵为本实施例挺高的双频双极化共口径天线。在扩大天线阵列的扫描角的同时，能够减少天线子阵的数量。
具体的，图3示例性的展示了共9个天线子阵的排布方式，包括三列天线子阵，每列包括3个天线子阵，相邻两列的天线子阵沿纵向的高度交错设置，从而能够使相邻的三个天线子阵排布呈三角形结构，每一个天线子阵内部高频金属贴片3和低频金属贴片4的排布方式完全一致，从而使高频阵列和低频阵列均采用三角形栅格排列。
本实施例采用三角形栅格排列进行共口径组阵，因此高频天线单元间的空间比矩形栅格排列下更加不均匀。在这种不均匀的空间中放置低频天线单元利用了不规则微带天线同样具备较好的辐射性能这一特点，因此可以将低频段的微带天线进行挖孔及裁剪以适应高频天线单元间不规则的缝隙。
图4和图5分别给出了天线阵列中的高频天线单元的S参数曲线和低频天线单元的S参数曲线，从图中能够确定驻波在频段内较低，说明匹配良好；图6和图7分别给出了天线阵列在低频波段和高频波段的高低频天线单元间隔离度曲线，隔离度较高，说明高低频相互干扰小。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种双频双极化共口径天线，其特征在于：包括金属板和设置在金属板上的介质基板，所述介质基板上设置有多个呈三角形栅格排布的高频金属贴片和在高频金属贴片之间镶嵌设置的低频金属贴片，所述高频金属贴片和低频金属贴片分别通过馈电探针连接到金属板上；
所述低频金属贴片中间具有避让孔，所述避让孔与高频金属贴片的排布方向平行的两个对边分别向两端延伸形成两个延长边，两个延长边在避让孔的两端分别形成第一凹槽，两个第一凹槽内分别围合设置有一个高频金属贴片；所述避让孔两侧的延长边上设置有多个与延长边垂直的凸片，相邻凸片与延长边之间形成第二凹槽，所述第二凹槽内分别容纳有一个高频金属贴片；
所述介质基板上沿横向等间隔设置有4列沿纵向排列的高频金属贴片，每列包括4个等间隔分布的高频金属贴片，相邻两列的高频金属贴片沿介质基板的纵向交错设置，被一列高频金属贴片间隔的两列的高频金属贴片沿介质基板的纵向设置位置相同；
所述避让孔两侧的延长边上分别在两端和中间位置设置有三个凸片，左侧第一列和第三列的中间两个高频金属贴片分别镶嵌在一个第二凹槽内。
2.根据权利要求1所述的一种双频双极化共口径天线，其特征在于：所述避让孔内的高频金属贴片排列在左侧第二列从上至下第三个位置。
3.根据权利要求1所述的一种双频双极化共口径天线，其特征在于：所述低频金属贴片通过在金属片上挖孔形成所述避让孔，通过裁剪形成所述第一凹槽和第二凹槽。
4.一种天线阵列，其特征在于：包括呈三角格栅排布的多个天线子阵，所述天线子阵为权利要求1-3任一项所述的双频双极化共口径天线。
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