CN115275587A - 一种新型共口径天线 - Google Patents

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罗颖川
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Abstract

本发明涉及一种新型共口径天线，属于天线技术领域，它包括第一基板和第二基板，在第一基板和第二基板的正反面均印制有金属层，在金属层上印制有低频渐变槽天线，在低频渐变槽天线边缘通过金属化过孔将正反面的低频渐变槽天线连接，金属化过孔封闭的区域形成基片集成波导，在低频渐变槽天线上嵌入有高频段天线，高频波段通过利用金属化过孔封闭的区域实现基片集成波导的嵌入；在第一基板下侧的中间位置开设有第二插槽，在第二基板上侧的中间位置开设有第一插槽，第一基板通过第二插槽插入到第二基板的第一插槽内实现两个基板上天线的双极化辐射。本发明将两个大频率比的频段都集成在一个天线上，且两个频段的辐射方向相同，都可以实现辐射双极化。

Description

一种新型共口径天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种新型共口径天线。
背景技术
随着通信技术的发展，频谱资源越来越紧张，为了缓解这一问题，毫米波频段也被加入了5G的频段。随着5G的商用，sub6GHz频段和毫米波频段共用将会是下一发展目标。由于目前5G仍处于发展过程中，因此4G依旧发挥重要作用，这需要通信系统覆盖4G，5G的频段，极大的增加了系统的设计难度，为天线设计者提出了高的挑战。为了提升系统集成度，减少天线数量，目前主要的解决方案有超宽带天线(Ultra-Wide-Bandwidth,UWB)技术，共口径天线(Shared Aperture Antenna)技术，多频带天线(Multi-Band Antenna)技术等。
对于超宽带天线尽管某些超宽带天线可以实现1：18的带宽，但是并不适合5G通信系统，超宽带天线很难在不同频段实现不同的波束以适应不同的应用需求；对于多频段天线和共口径天线，传统多频段天线和超宽带天线类似，很难在不同频段对天线实现独立调控(波束，极化等)，不太适合大频率比的应用场景。所谓共口径天线，一般指两个频段的天线结构共享或者辐射口径共享。共口径天线的结构和辐射口径共享但两个频段的结构是独立的或互不干扰的，可以很灵活的实现独立调控。共口径天线的主要难点在于如何将不同频段的天线巧妙地集成在一起共享结构以降低天线数量和系统成本。目前共口径天线的主要缺点有很难在两个大频率比的频段都实现双极化辐射，很难在两个频段都实现相同的辐射方向，低频段很难实现更宽的带宽以覆盖更多的通信频段
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种新型共口径天线，解决了现有共口径天线存在的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种新型共口径天线，它包括第一基板和第二基板，在第一基板和第二基板的正反面均印制有金属层，在金属层上印制有低频渐变槽天线，在低频渐变槽天线边缘通过等间距排列的金属化过孔将正反面的低频渐变槽天线连接，金属化过孔封闭的区域形成基片集成波导，在低频渐变槽天线上嵌入有高频段天线，高频波段通过利用金属化过孔封闭的区域实现基片集成波导的嵌入；在第一基板下侧的中间位置开设有第二插槽，在第二基板上侧的中间位置开设有第一插槽，第一基板通过第二插槽插入到第二基板的第一插槽内实现两个基板的正交交叉，进而实现两个基板上天线的双极化辐射。
所述低频渐变槽天线呈左右对称结构，在低频渐变槽天线的下端左右均通过波导转换结构连接有一共面波导，通过波导转换结构实现波导馈电和接头馈电的转换。
所述低频渐变槽天线包括天线臂，所述天线臂位于基板上端的左右侧位置，在两个共面波导之间的中间位置设置有与低频渐变槽天线连接的低频馈电结构。
在所述天线臂内设置有高频天线馈电结构，所述高频段天线连接在所述高频天线馈电结构的顶端，在高频段天线位置处设置有高频阵列反射器。
所述高频天线馈电结构包括由两个Y形节和一个T形节组成，两个Y形节和一个T形节呈倒品字型分布，实现一分四等幅同相馈电；所述高频段天线设置在两个Y形节的上端。
所述高频天线包括多个毫米波段的偶极子阵列天线，组成MIMO模式提升天线的通信能力。
本发明具有以下优点：一种新型共口径天线，将两个大频率比的频段都集成在一个天线上，且两个频段的辐射方向相同，都可以实现辐射双极化；采用基片集成波导结构，以提高两个频段的隔离度，并通过反射器来提升高频段天线的增益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立体示意图；
图3为高频天线馈电结构的示意图；
图4为不同端口馈电时的电场分布图；
图中：1-第一基板，2-第二基板，3-第一插槽，4-第二插槽，5-高频天线，6-天线臂，7-金属化过孔，8-低频天线馈电结构，9-低频天线，10-高频阵列反射器，11-Y形节，12-T形节，13-高频天线馈电结构，14-波导转换结构，15-共面波导。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1和图2所示，本发明具体涉及一种新型共口径天线，它包括第一基板1和第二基板2，在第一基板1和第二基板2的正反面均印制有金属层，在金属层上印制有低频渐变槽天线9，在低频渐变槽天线9边缘通过等间距排列的金属化过孔7将正反面的低频渐变槽天线9连接，金属化过孔7封闭的区域形成基片集成波导，低频的能量不会进入金属过孔7封闭的基板内，在低频渐变槽天线9上嵌入有高频段天线5，高频波段通过利用金属化过孔7封闭的区域实现基片集成波导的嵌入；在第一基板1下侧的中间位置开设有第二插槽4，在第二基板2上侧的中间位置开设有第一插槽3，第一基板1通过第二插槽4插入到第二基板2的第一插槽1内实现两个基板的正交交叉，进而实现两个基板上天线的双极化辐射。
其中，低频渐变槽天线9覆盖的频段为1.5-5GHz，基本覆盖了sub-6GHz的主流通信频段，包括4G LTE、5G N77、N78、N79等频段，高频段天线5覆盖的频段为24-29.5GHz。
进一步地，低频渐变槽天线9呈左右对称结构，在低频渐变槽天线9的下端左右均通过波导转换结构14连接有一共面波导15，通过波导转换结构14实现波导馈电和2.92mm接头馈电的转换。
进一步地，低频渐变槽天线9包括天线臂6，所述天线臂6位于基板上端的左右侧位置，在两个共面波导15之间的中间位置设置有与低频渐变槽天线9连接的低频馈电结构8。
其中，低频馈电结构8采用的是四分之一波长的耦合馈电，采用扇形耦合结构以增大电容。
进一步地，在所述天线臂6内设置有高频天线馈电结构13，所述高频段天线5连接在所述高频天线馈电结构13的顶端，在高频段天线5位置处设置有高频阵列反射器10。由于两个频段的波长相差很大，因此，高频天线馈电结构13和高频天线5都嵌入到天线臂6的结构内，实现了结构的高度复用，而且由于基片集成波导的封闭特性，两个频段可以实现非常高的隔离度。
如图3所示，高频天线馈电结构13包括由两个Y形节11和一个T形节12组成，两个Y形节11和一个T形节12呈倒品字型分布，实现一分四等幅同相馈电；所述高频段天线5设置在两个Y形节11的上端。
进一步地，高频天线5包括多个毫米波段的偶极子阵列天线，组成MIMO模式提升天线的通信能力。多个毫米波段的偶极子阵列天线分别接在基片集成波导的上下两层金属上，当基片集成波导中传输的是TE10模时，可以实现等效的巴伦激励偶极子阵列。
如图4所述，图4中的(a)图表示低频端口激励时的电场分布，(b)图表示高频(毫米波段)端口激励时的电场分布，激励不同端口时电场分布的主要区域不一样，可以证明天线的结构可以工作于不同状态，也说明了端口之间的隔离度很好。
本发明的工作原理是：将两个1×4的毫米波偶极子阵列嵌入到了一个sub-6GHz的渐变槽天线中，由于两个频段波长差距很大，因此天线尺寸相差也比较大，毫米波阵列可以很容易的嵌入到低频天线的结构中。1×4的基片集成波导功分网络是毫米波天线结构比较大的一部分，通过适当调整功分网络的形状可以将其于低频天线的形状匹配嵌入。毫米波天线的选择较多，渐变槽天线是一种典型的超宽带天线，通过微带线和槽线之间的转换，可以将能量以端射的形式有效地辐射出去。基片集成波导传输主模(TE10)模时输出端口的上下宽边相位反向可以等效为一个巴伦，非常适合激励偶极子。总体来说，本发明将这两类天线组合起来实现共口径辐射实现了非常好的性能和应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型共口径天线，其特征在于：它包括第一基板(1)和第二基板(2)，在第一基板(1)和第二基板(2)的正反面均印制有金属层，在金属层上印制有低频渐变槽天线(9)，在低频渐变槽天线(9)边缘通过等间距排列的金属化过孔(7)将正反面的低频渐变槽天线(9)连接，金属化过孔(7)封闭的区域形成基片集成波导，在低频渐变槽天线(9)上嵌入有高频段天线(5)，高频波段通过利用金属化过孔(7)封闭的区域实现基片集成波导的嵌入；在第一基板(1)下侧的中间位置开设有第二插槽(4)，在第二基板(2)上侧的中间位置开设有第一插槽(3)，第一基板(1)通过第二插槽(4)插入到第二基板(2)的第一插槽(1)内实现两个基板的正交交叉，进而实现两个基板上天线的双极化辐射。
2.根据权利要求1所述的一种新型共口径天线，其特征在于：所述低频渐变槽天线(9)呈左右对称结构，在低频渐变槽天线(9)的下端左右均通过波导转换结构(14)连接有一共面波导(15)，通过波导转换结构(14)实现波导馈电和接头馈电的转换。
3.根据权利要求2所述的一种新型共口径天线，其特征在于：所述低频渐变槽天线(9)包括天线臂(6)，所述天线臂(6)位于基板上端的左右侧位置，在两个共面波导(15)之间的中间位置设置有与低频渐变槽天线(9)连接的低频馈电结构(8)。
4.根据权利要求3所述的一种新型共口径天线，其特征在于：在所述天线臂(6)内设置有高频天线馈电结构(13)，所述高频段天线(5)连接在所述高频天线馈电结构(13)的顶端，在高频段天线(5)位置处设置有高频阵列反射器(10)。
5.根据权利要求4所述的一种新型共口径天线，其特征在于：所述高频天线馈电结构(13)包括由两个Y形节(11)和一个T形节(12)组成，两个Y形节(11)和一个T形节(12)呈倒品字型分布，实现一分四等幅同相馈电；所述高频段天线(5)设置在两个Y形节(11)的上端。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种新型共口径天线，其特征在于：所述高频天线(5)包括多个毫米波段的偶极子阵列天线，组成MIMO模式提升天线的通信能力。
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