CN115313039B - 一种宽带斜极化阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带斜极化阵列天线，属于无线通信技术领域，包括天线本体、反射板和馈电同轴连接器，其特征在于：天线本体包括微带介质板、第一覆铜面、馈电覆铜面和第二覆铜面，微带介质板为两层，馈电覆铜面包括弧形段和阻抗渐变段，阻抗渐变段与馈电同轴连接器连接，第一覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板，第二覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板，反射板上设置有金属固定件，天线本体固定在反射板上。本发明在提升馈电结构工作带宽的同时，消除了宽带宽角扫描可能出现的驻波奇异点，同时又保证了斜极化天线在两个正交方向的电场极化比值，极大的提高了斜极化天线阵列性能。

Description

一种宽带斜极化阵列天线
技术领域
本发明涉及到无线通信技术领域，尤其涉及一种宽带斜极化阵列天线。
背景技术
斜极化天线因既可以同时接收和发射水平及垂直极化电磁信号，又对复杂环境的耐受程度高，因此常被用于电子干扰、对抗和无线通信领域。对斜极化天线阵来讲，带宽、辐射效率及水平与垂直极化的差值是衡量其性能的重要指标。近年来，端射开槽天线单元常被斜置45°放置，来形成45°斜极化阵列，此外还有许多非端射天线结构利用反射板和背腔来实现斜极化。目前常见的斜极化阵列天线主要存在以下不足：
1、非端射天线单元馈电和辐射结构几何对称的斜极化天线虽然交叉极化分量可以得到有效控制，但是其带宽明显受到这种对称结构带来的限制；
2、共面开槽天线具有很宽的工作频带，但其宽带馈电结构与辐射面之间存在间隙，这会引入与辐射电场垂直的交叉极化电场分量，降低了极化差值；
3、端射天线具有单元高增益的特性，但是高增益窄波瓣会使宽带阵列大角度扫描时，在天线端口处的复阻抗频率响应形成分布式容感谐振点，表现为有源驻波曲线的奇异点，严重影响天线效率和射频前端的稳定性；
4、对踵开槽天线、平衡对踵开槽天线的辐射结构具有极宽的理论工作带宽，但是其带宽的限制来自于天线馈电处，若是采用宽带巴伦馈电，则必然引入结构不对称，影响阵列交叉极化性能。
公开号为CN106207423A，公开日为2016年12月07日的中国专利文献公开了一种斜极化天线，其特征在于：包括垂直极化线源和水平极化线源，所述垂直极化线源和水平极化线源通过功分器与同一馈电点相连，所述垂直极化线源和水平极化线源的增益、波瓣宽度以及输入阻抗相同，所述垂直极化线源由多个垂直极化贴片天线单元呈一字型间隔排列而成，各垂直极化贴片天线单元之间通过第一微带线相互并联，所述水平极化线源由多个水平极化贴片天线单元呈一字型间隔排列而成，各水平极化贴片天线单元之间通过第二微带线依次串联。
该专利文献公开的斜极化天线，通过对水平极化和垂直极化线源混合组阵，构成斜极化线源，能够保持贴片天线平面化的特色。但是，仍然容易出现驻波奇异点，影响斜极化天线阵列性能。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种宽带斜极化阵列天线，本发明在提升馈电结构工作带宽的同时，消除了宽带宽角扫描可能出现的驻波奇异点，同时又保证了斜极化天线在两个正交方向的电场极化比值，极大的提高了斜极化天线阵列性能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板和馈电同轴连接器，其特征在于：所述天线本体包括微带介质板、第一覆铜面、馈电覆铜面和第二覆铜面，所述微带介质板为两层，所述馈电覆铜面设置在两层微带介质板之间，第一覆铜面设置在天线本体的一侧，第二覆铜面设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面包括上部的弧形段和下部的阻抗渐变段，阻抗渐变段与馈电同轴连接器连接，所述第一覆铜面的形状大小和第二覆铜面的形状大小相同，第一覆铜面和第二覆铜面通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面的上边曲线与馈电覆铜面的上边曲线相同，第一覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板，第二覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板，所述反射板上设置有金属固定件，天线本体通过金属固定件固定在反射板上。
所述阻抗渐变段为一体成型而成，包括上段和下段，上段的宽度小于下段的宽度，上段的长度为3.4mm，下段的长度为2.5mm。
所述微带介质板的厚度为0.762mm，微带介质板的介电常数为2.94。
所述天线本体的高度为27mm，宽度为30mm。
所述第一接地覆铜板和第二接地覆铜板的大小相同，第一接地覆铜板的横截面和第二接地覆铜板的横截面均呈矩形状。
所述金属固定件包括第一金属角件和第二金属角件，第一金属角件和第二金属角件沿天线本体对称布置。
所述第一金属角件分别与第一接地覆铜板和反射板接触。
所述第二金属角件分别与第二接地覆铜板和反射板接触。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，天线本体包括微带介质板、第一覆铜面、馈电覆铜面和第二覆铜面，微带介质板为两层，馈电覆铜面设置在两层微带介质板之间，第一覆铜面设置在天线本体的一侧，第二覆铜面设置在天线本体的另一侧，馈电覆铜面包括上部的弧形段和下部的阻抗渐变段，阻抗渐变段与馈电同轴连接器连接，第一覆铜面的形状大小和第二覆铜面的形状大小相同，第一覆铜面和第二覆铜面通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面的上边曲线与馈电覆铜面的上边曲线相同，第一覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板，第二覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板，反射板上设置有金属固定件，天线本体通过金属固定件固定在反射板上，较现有技术而言，在提升馈电结构工作带宽的同时，消除了宽带宽角扫描可能出现的驻波奇异点，同时又保证了斜极化天线在两个正交方向的电场极化比值，极大的提高了斜极化天线阵列性能。
二、本发明，利用与馈电同轴连接器外导体相连的第一覆铜面、第二覆铜面上宽为10mm的第一接地覆铜板及第二接地覆铜板连接了辐射面末端和反射板地端，拓宽了阵列工作带宽，能够有效消除宽带阵列大角度扫描时在个别频点可能出现的分布式容感谐振造成的驻波奇异点。
三、本发明，第一覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板，第二覆铜面的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板，使信号经由馈电同轴连接器进入天线辐射板时电场很好的聚集在微带介质板中，形成准横电磁波模式，继而向馈电辐射面传输，降低了由馈电结构处阻抗变化导致的口径场分布紊乱，提高了共极化与交叉极化的隔离度。
四、本发明，在馈电覆铜面与馈电同轴连接器连接处，利用多级微带线完成同轴横电磁波模式-微带准横电磁波模式-带状线准横电磁波模式-开放电磁辐射面的宽带阻抗变换，同时避免了引入复杂宽带馈电巴伦带来的馈电结构不对称，提高了系统极化差值指标。
五、本发明，馈电结构位于辐射板中央，解决了传统宽带端射天线馈电位置偏离中间而引起的几何不对称，优化了极化差值。
六、本发明，第一接地覆铜板和第二接地覆铜板在高频信号辐射时，其表面电流分布较弱，但当天线工作在低频时，其上电流集中，对调整低频时负载阻抗起关键作用，形成了低频处复阻抗频率响应和补偿的机制，拓宽了阵列有效工作的带宽；同时，第一覆铜面的形状大小和第二覆铜面的形状大小相同，与馈电覆铜面之间形成的交叉极化电场等幅反相，最终在天线口径场位置处相干抵消，保证了交叉极化指标。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明第一覆铜面的结构示意图；
图3为本发明馈电覆铜面的结构示意图；
图4为本发明第二覆铜面的结构示意图；
图中标记：1、反射板，2、馈电同轴连接器，3、微带介质板，4、第一覆铜面，5、馈电覆铜面，6、第二覆铜面，7、弧形段，8、阻抗渐变段，9、第一接地覆铜板，10、第二接地覆铜板，11、金属固定件，12、上段，13、下段，14、第一金属角件，15、第二金属角件。
具体实施方式
实施例1
参见图1-图4，一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板1和馈电同轴连接器2，所述天线本体包括微带介质板3、第一覆铜面4、馈电覆铜面5和第二覆铜面6，所述微带介质板3为两层，所述馈电覆铜面5设置在两层微带介质板3之间，第一覆铜面4设置在天线本体的一侧，第二覆铜面6设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面5包括上部的弧形段7和下部的阻抗渐变段8，阻抗渐变段8与馈电同轴连接器2连接，所述第一覆铜面4的形状大小和第二覆铜面6的形状大小相同，第一覆铜面4和第二覆铜面6通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面4的上边曲线与馈电覆铜面5的上边曲线相同，第一覆铜面4的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板9，第二覆铜面6的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板10，所述反射板1上设置有金属固定件11，天线本体通过金属固定件11固定在反射板1上。
本实施例为最基本的实施方式，在提升馈电结构工作带宽的同时，消除了宽带宽角扫描可能出现的驻波奇异点，同时又保证了斜极化天线在两个正交方向的电场极化比值，极大的提高了斜极化天线阵列性能。
实施例2
参见图1-图4，一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板1和馈电同轴连接器2，所述天线本体包括微带介质板3、第一覆铜面4、馈电覆铜面5和第二覆铜面6，所述微带介质板3为两层，所述馈电覆铜面5设置在两层微带介质板3之间，第一覆铜面4设置在天线本体的一侧，第二覆铜面6设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面5包括上部的弧形段7和下部的阻抗渐变段8，阻抗渐变段8与馈电同轴连接器2连接，所述第一覆铜面4的形状大小和第二覆铜面6的形状大小相同，第一覆铜面4和第二覆铜面6通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面4的上边曲线与馈电覆铜面5的上边曲线相同，第一覆铜面4的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板9，第二覆铜面6的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板10，所述反射板1上设置有金属固定件11，天线本体通过金属固定件11固定在反射板1上。
进一步的，所述阻抗渐变段8为一体成型而成，包括上段12和下段13，上段12的宽度小于下段13的宽度，上段12的长度为3.4mm，下段13的长度为2.5mm。
本实施例为一较佳实施方式，利用与馈电同轴连接器2外导体相连的第一覆铜面4、第二覆铜面6上宽为10mm的第一接地覆铜板9及第二接地覆铜板10连接了辐射面末端和反射板1地端，拓宽了阵列工作带宽，能够有效消除宽带阵列大角度扫描时在个别频点可能出现的分布式容感谐振造成的驻波奇异点。
实施例3
参见图1-图4，一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板1和馈电同轴连接器2，所述天线本体包括微带介质板3、第一覆铜面4、馈电覆铜面5和第二覆铜面6，所述微带介质板3为两层，所述馈电覆铜面5设置在两层微带介质板3之间，第一覆铜面4设置在天线本体的一侧，第二覆铜面6设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面5包括上部的弧形段7和下部的阻抗渐变段8，阻抗渐变段8与馈电同轴连接器2连接，所述第一覆铜面4的形状大小和第二覆铜面6的形状大小相同，第一覆铜面4和第二覆铜面6通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面4的上边曲线与馈电覆铜面5的上边曲线相同，第一覆铜面4的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板9，第二覆铜面6的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板10，所述反射板1上设置有金属固定件11，天线本体通过金属固定件11固定在反射板1上。
所述阻抗渐变段8为一体成型而成，包括上段12和下段13，上段12的宽度小于下段13的宽度，上段12的长度为3.4mm，下段13的长度为2.5mm。
进一步的，所述微带介质板3的厚度为0.762mm，微带介质板3的介电常数为2.94。
进一步的，所述天线本体的高度为27mm，宽度为30mm。
本实施例为又一较佳实施方式，第一覆铜面4的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板9，第二覆铜面6的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板10，使信号经由馈电同轴连接器2进入天线辐射板时电场很好的聚集在微带介质板3中，形成准横电磁波模式，继而向馈电辐射面传输，降低了由馈电结构处阻抗变化导致的口径场分布紊乱，提高了共极化与交叉极化的隔离度。
实施例4
参见图1-图4，一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板1和馈电同轴连接器2，所述天线本体包括微带介质板3、第一覆铜面4、馈电覆铜面5和第二覆铜面6，所述微带介质板3为两层，所述馈电覆铜面5设置在两层微带介质板3之间，第一覆铜面4设置在天线本体的一侧，第二覆铜面6设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面5包括上部的弧形段7和下部的阻抗渐变段8，阻抗渐变段8与馈电同轴连接器2连接，所述第一覆铜面4的形状大小和第二覆铜面6的形状大小相同，第一覆铜面4和第二覆铜面6通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面4的上边曲线与馈电覆铜面5的上边曲线相同，第一覆铜面4的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板9，第二覆铜面6的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板10，所述反射板1上设置有金属固定件11，天线本体通过金属固定件11固定在反射板1上。
所述阻抗渐变段8为一体成型而成，包括上段12和下段13，上段12的宽度小于下段13的宽度，上段12的长度为3.4mm，下段13的长度为2.5mm。
所述微带介质板3的厚度为0.762mm，微带介质板3的介电常数为2.94。
所述天线本体的高度为27mm，宽度为30mm。
进一步的，所述第一接地覆铜板9和第二接地覆铜板10的大小相同，第一接地覆铜板9的横截面和第二接地覆铜板10的横截面均呈矩形状。
本实施例为又一较佳实施方式，在馈电覆铜面5与馈电同轴连接器2连接处，利用多级微带线完成同轴横电磁波模式-微带准横电磁波模式-带状线准横电磁波模式-开放电磁辐射面的宽带阻抗变换，同时避免了引入复杂宽带馈电巴伦带来的馈电结构不对称，提高了系统极化差值指标。
实施例5
参见图1-图4，一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板1和馈电同轴连接器2，所述天线本体包括微带介质板3、第一覆铜面4、馈电覆铜面5和第二覆铜面6，所述微带介质板3为两层，所述馈电覆铜面5设置在两层微带介质板3之间，第一覆铜面4设置在天线本体的一侧，第二覆铜面6设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面5包括上部的弧形段7和下部的阻抗渐变段8，阻抗渐变段8与馈电同轴连接器2连接，所述第一覆铜面4的形状大小和第二覆铜面6的形状大小相同，第一覆铜面4和第二覆铜面6通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面4的上边曲线与馈电覆铜面5的上边曲线相同，第一覆铜面4的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板9，第二覆铜面6的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板10，所述反射板1上设置有金属固定件11，天线本体通过金属固定件11固定在反射板1上。
所述阻抗渐变段8为一体成型而成，包括上段12和下段13，上段12的宽度小于下段13的宽度，上段12的长度为3.4mm，下段13的长度为2.5mm。
所述微带介质板3的厚度为0.762mm，微带介质板3的介电常数为2.94。
所述天线本体的高度为27mm，宽度为30mm。
所述第一接地覆铜板9和第二接地覆铜板10的大小相同，第一接地覆铜板9的横截面和第二接地覆铜板10的横截面均呈矩形状。
进一步的，所述金属固定件11包括第一金属角件14和第二金属角件15，第一金属角件14和第二金属角件15沿天线本体对称布置。
本实施例为又一较佳实施方式，馈电结构位于辐射板中央，解决了传统宽带端射天线馈电位置偏离中间而引起的几何不对称，优化了极化差值。
实施例6
参见图1-图4，一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板1和馈电同轴连接器2，所述天线本体包括微带介质板3、第一覆铜面4、馈电覆铜面5和第二覆铜面6，所述微带介质板3为两层，所述馈电覆铜面5设置在两层微带介质板3之间，第一覆铜面4设置在天线本体的一侧，第二覆铜面6设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面5包括上部的弧形段7和下部的阻抗渐变段8，阻抗渐变段8与馈电同轴连接器2连接，所述第一覆铜面4的形状大小和第二覆铜面6的形状大小相同，第一覆铜面4和第二覆铜面6通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面4的上边曲线与馈电覆铜面5的上边曲线相同，第一覆铜面4的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板9，第二覆铜面6的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板10，所述反射板1上设置有金属固定件11，天线本体通过金属固定件11固定在反射板1上。
所述阻抗渐变段8为一体成型而成，包括上段12和下段13，上段12的宽度小于下段13的宽度，上段12的长度为3.4mm，下段13的长度为2.5mm。
所述微带介质板3的厚度为0.762mm，微带介质板3的介电常数为2.94。
所述天线本体的高度为27mm，宽度为30mm。
所述第一接地覆铜板9和第二接地覆铜板10的大小相同，第一接地覆铜板9的横截面和第二接地覆铜板10的横截面均呈矩形状。
所述金属固定件11包括第一金属角件14和第二金属角件15，第一金属角件14和第二金属角件15沿天线本体对称布置。
进一步的，所述第一金属角件14分别与第一接地覆铜板9和反射板1接触。
进一步的，所述第二金属角件15分别与第二接地覆铜板10和反射板1接触。
本实施例为最佳实施方式，第一接地覆铜板9和第二接地覆铜板10在高频信号辐射时，其表面电流分布较弱，但当天线工作在低频时，其上电流集中，对调整低频时负载阻抗起关键作用，形成了低频处复阻抗频率响应和补偿的机制，拓宽了阵列有效工作的带宽；同时，第一覆铜面4的形状大小和第二覆铜面6的形状大小相同，与馈电覆铜面5之间形成的交叉极化电场等幅反相，最终在天线口径场位置处相干抵消，保证了交叉极化指标。

Claims (8)

1.一种宽带斜极化阵列天线，包括天线本体、反射板（1）和馈电同轴连接器（2），其特征在于：所述天线本体包括微带介质板（3）、第一覆铜面（4）、馈电覆铜面（5）和第二覆铜面（6），所述微带介质板（3）为两层，所述馈电覆铜面（5）设置在两层微带介质板（3）之间，第一覆铜面（4）设置在天线本体的一侧，第二覆铜面（6）设置在天线本体的另一侧，所述馈电覆铜面（5）包括上部的弧形段（7）和下部的阻抗渐变段（8），阻抗渐变段（8）与馈电同轴连接器（2）连接，所述第一覆铜面（4）的形状大小和第二覆铜面（6）的形状大小相同，第一覆铜面（4）和第二覆铜面（6）通过金属化过孔进行电连接，第一覆铜面（4）的上边曲线与馈电覆铜面（5）的上边曲线相同，第一覆铜面（4）的辐射末端设置有宽度为10mm的第一接地覆铜板（9），第二覆铜面（6）的辐射末端设置有宽度为10mm的第二接地覆铜板（10），所述反射板（1）上设置有金属固定件（11），天线本体通过金属固定件（11）固定在反射板（1）上，与馈电同轴连接器（2）外导体相连的第一覆铜面（4）上的第一接地覆铜板（9）及第二覆铜面（6）上的第二接地覆铜板（10）均与辐射面末端及反射板（1）地端连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽带斜极化阵列天线，其特征在于：所述阻抗渐变段（8）为一体成型而成，包括上段（12）和下段（13），上段（12）的宽度小于下段（13）的宽度，上段（12）的长度为3.4mm，下段（13）的长度为2.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种宽带斜极化阵列天线，其特征在于：所述微带介质板（3）的厚度为0.762mm，微带介质板（3）的介电常数为2.94。
4.根据权利要求1所述的一种宽带斜极化阵列天线，其特征在于：所述天线本体的高度为27mm，宽度为30mm。
5.根据权利要求1所述的一种宽带斜极化阵列天线，其特征在于：所述第一接地覆铜板（9）和第二接地覆铜板（10）的大小相同，第一接地覆铜板（9）的横截面和第二接地覆铜板（10）的横截面均呈矩形状。
6.根据权利要求1所述的一种宽带斜极化阵列天线，其特征在于：所述金属固定件（11）包括第一金属角件（14）和第二金属角件（15），第一金属角件（14）和第二金属角件（15）沿天线本体对称布置。
7.根据权利要求6所述的一种宽带斜极化阵列天线，其特征在于：所述第一金属角件（14）分别与第一接地覆铜板（9）和反射板（1）接触。
8.根据权利要求6所述的一种宽带斜极化阵列天线，其特征在于：所述第二金属角件（15）分别与第二接地覆铜板（10）和反射板（1）接触。
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