CN116093619A - 毫米波圆极化紧耦合阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种5G毫米波圆极化巴伦馈电紧耦合阵列天线。主要解决现有阵列天线在5G毫米波辐射圆极化波工作带宽太窄的问题，其包括第一匹配层(1)、第二匹配层(2)、第三匹配层(3)、天线阵列板(4)、金属电墙阵列(5)、馈电巴伦阵列(6)、上金属反射板(7)和下金属反射板(8)。天线阵列板覆盖在第一匹配层的上表面，金属电墙阵列位于第二匹配层中，上金属反射板位于第二匹配层和第三匹配层之间，下金属反射板位于第三匹配层内，馈电巴伦阵列位于上金属反射板和下金属反射板之间，并贯穿第二匹配层馈电给天线阵列板。本发明天线尺寸小，圆极化轴比好，能实现在5G毫米波频带内辐射圆极化波，可用于移动通信和卫星系统。

Description

毫米波圆极化紧耦合阵列天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种毫米波圆极化紧耦合阵列天线，可用于通信和卫星系统。

背景技术

随着5G技术的普及应用，5G天线技术也随之高速发展。5G通信需要更高网速、低延时高可靠、低功率海量连接的技术条件，这对5G天线的带宽，增益，定向性等各个方面的性能提出了进一步的要求。因而采用单个独立的天线无法满足高增益等方面的需求，而天线阵列因为具有高增益、相位扫描、方向图赋形等优势，因此在无线通信中得到广泛的应用。

5G频段包括450MHz～6000MHz的FR1的低频段和24250MHz～52600MHz的FR2毫米波频带。其中FR1频段又称Sub6G频段，是5G的主用频段，其中3GHz以下的频率称之为Sub3G，其余频段称为C-band。FR1的优点是频率低，绕射能力强，覆盖效果好，是当前5G的主用频谱。国内运营商目前支持的频段在FR1频段，但目前FR1频段已基本被划分完毕，所以发展5G毫米波高频波段就十分必要。FR2波段是高频频段，也称毫米波段，是5G的扩展频段，其频谱资源丰富，且超大带宽，频谱干净，干扰较小。同时毫米波波段因其丰富的频谱资源，已成为下一代移动通信6G的主要演进方向。

因为电磁波在传播过程中遇到反射折射会引起极化方向偏转，从而导致一般的线极化天线在接收端电磁波的极化方向与天线的极化方向不同，即极化失配，而圆极化波可以使用任意线极化天线接收，圆极化天线也可接收任意极化方向的来波。同时圆极化天线辐射的圆极化波不受地球两极磁场产生的法拉第效应影响，穿透电离层能力强，所以在卫星通信、相控阵雷达等方面具有大量的应用。

目前圆极化卫星通信地面天线多为抛物面天线、介质透镜天线和微带贴片天线。其中：抛物面设计简单天线，较为常用，但是其剖面高，体积大，重量大，安装困难，作用在通信系统或雷达系统上时工作带宽都相对较窄。介质透镜天线采用馈源机械扫描的方式，具有良好的电气性能，且可以实现多波束、多频段共用等性能，但是其插损大，阵列控制实现较难。微带贴片天线相对于抛物面天线，剖面低，小型化，结构简单，更易于集成于移动设备，但是微带贴片天线相对工作带宽太窄，不适用于宽带天线阵列。

例如2021年，雷文兵、胡斌等人在申请号为CN 202111206792.4的专利文献中提出了一种双圆极化相控阵天线阵列，该天线包括十字交叉的渐变椭圆形偶极子阵列板、双圆极化馈电网络、容性加载单元和AMC反射地板，该阵列天线工作频段为6～18GHz，且结构简单，易于加工可快速方便地应用到机载、弹载卫星通信、电子对抗、数据链通信等电子系统中。但是由于其天线尺寸过大，工作频率不在5G通信频段内而不适用于小型5G通讯设备。

为解决天线阵列间的耦合对阵列天线本身辐射性能的影响，研究人员提出了紧耦合理论，根据该理论近年来又提出了紧耦合阵列天线。其是利用单元间的电容耦合，使紧密排列的阵元间形成等效电容，以拓展天线的带宽，由于这种紧凑的单元形式便于组阵，有利于实现宽角扫描，因而便于低剖面、宽频带和小型化设计，且通过合理的馈电结构设计，能达到稳定的90°相位差，辐射圆极化波，实现阵列的宽带宽角圆极化扫描。

2021年，王世伟、李银等人在申请号为CN202120635599.1的专利文献中提出了一种紧凑型超宽带圆极化阵列天线。其包括第一基板、支撑结构、第二基板、馈电网络、同轴馈电单元和多个交叉偶极子单元组成，并利用单元间的紧耦合，在1.96GHz～6.24GHz频段可满足反射系数小于等于10dB，阻抗带宽为104.4％，AR带宽为111.8％的辐射特性。但是该阵列天线主要工作在C波段，不适用于在5G毫米波段通信。

国内运营商的5G毫米波段是在FR2频带内的24.75GHz～27.5GHz和37GHz～43.5GHz。目前在FR2频段内工作的圆极化天线有波导天线、基片集成波导SIW天线、磁电偶极子阵列天线和微带贴片天线。但是对于5G毫米波移动通信设备来说，波导天线和基片集成波导天线馈电设计困难，同时小型化难度高，集成难度高；磁电偶极子阵列中的单元排布需要较大间距，而较大的间距会导致在波束扫描时出现栅瓣，从而导致天线增益的损失，影响天线辐射性能；微带贴片天线剖面低，但是其相对带宽较窄，不能实现在小型化的基础上尽可能宽的覆盖主要的5G毫米波移动通信频段。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术上的不足，提出一种超宽带紧耦合圆极化阵列天线，以拓宽天线辐射的带宽，实现对5G毫米波移动通信频段覆盖，抑制栅瓣产生，提高天线辐射性能，并减小天线体积，提升集成度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种5G毫米波圆极化巴伦馈电紧耦合阵列天线，包括匹配层、天线阵列板4、馈电巴伦阵列6和金属反射板，天线阵列板4中设有多个偶极子辐射周期单元，每个周期单元包括y极化的偶极子臂41和x极化的偶极子臂42，其特征在于：

所述匹配层，设为上下堆叠的三层，即第一匹配层1、第二匹配层2和第三匹配层3；

所述金属反射板，设为上下两层，即上金属反射板7和下金属反射板8；

所述第二匹配层2，其内固定有金属电墙阵列5，以增强天线单元内和单元之间的耦合，扩展天线阵列的带宽；

所述天线阵列板4覆盖于第一匹配层1的上表面，且其中的y极化的偶极子臂41和x极化的偶极子臂42均采用中心为十字形镂空、底边为阶梯状交趾的金属五边形结构，以延长辐射电流在天线贴片的电流路径，加长辐射单元的电长度，提升天线的辐射特性；

所述金属电墙阵列5位于第二匹配层2中；

所述上金属反射板7位于第二匹配层2和第三匹配层3之间；

所述下金属反射板8位于第三匹配层3内；

所述馈电巴伦阵列6，包括八个馈电巴伦结构单元，每个馈电巴伦结构单元包括不平衡带状线耦合器61、两个带状线巴伦结构62、63和一组四个组合金属导电柱结构64，其位于上金属反射板7和下金属反射板8之间，且通过其金属馈电导电柱贯穿第二匹配层2，馈电给天线阵列板4。

进一步，所述金属电墙阵列5包括多个金属电墙单元，每个金属电墙单元包括矩形金属贴片51和距离0.8mm的两个金属半圆柱52；该矩形金属贴片51分为x极化方向贴片和y极化方向贴片，其中x极化方向贴片长宽比在1.5～2.5范围内，y极化方向贴片长宽比在1.5～2.5范围内；该金属半圆柱52的高度与第二匹配层2厚度相同。

进一步，所述天线阵列板4包括八个关于天线介质板中心对称分布的偶极子辐射周期单元，每个偶极子辐射周期单元由y极化的偶极子臂41、x极化的偶极子臂42和与其分别对应的两个交趾耦合金属贴片43、44组成，该y极化的偶极子臂41与其对应的第一交趾耦合金属贴片43耦合，该x极化的偶极子臂41与其对应的第二交趾耦合金属贴片44耦合。

进一步，所述不平衡带状线耦合器61是由两条上下堆叠放置的带状线组成一个四端口耦合器，其设有两个输入端口611、612、一个输出端口613和一个耦合端口614；该两个带状线巴伦结构62、63上下堆叠，其分别与不平衡带状线耦合器的输出端口613和耦合输出口614相连；该四个组合金属导电柱结构64是由两个x极化方向的导电金属柱641、642和两个y极化方向的导电金属柱643、644与对应的金属焊盘组成，两个x极化方向的导电金属柱641、642分别与第一带状线巴轮62的两个端口相连，两个y极化方向的导电金属柱643、644分别与第二带状线巴轮63的两个端口相连。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明由于在介质层中添加金属电墙阵列，可使天线阵列板与金属电墙阵列产生耦合效应，增大天线阵列中的等效电容，以抵消天线阵列中反射板所产生的电感，从而扩宽天线的工作带宽，提升天线辐射特性。

2.本发明天线阵列板中的偶极子臂顶点由于采用设有十字形镂空的五边形结构，且其的底边采用阶梯状交趾耦合结构，延长了辐射电流在天线贴片的电流路径，可拓宽天线的工作带宽，提升天线的轴比。

3.本发明天线阵列中的馈电巴伦单元由于采用不平衡带状线耦合器、两个带状线巴伦结构和一组四个组合金属导电柱结构，且外部馈电连接到不平衡带状线耦合器，通过带状线巴伦结构的传输，由组合金属导电柱结构直接馈电到天线阵列板，可实现辐射圆极化电磁波，提升天线阵列的辐射性能，降低馈电结构的剖面，降低天线阵列的高度，有助于天线的小型化的推进。

4.本发明由于采用双反射板结构，使天线馈电的主体结构与天线阵列板所隔离，可避免馈电电流对天线辐射产生影响，提升天线辐射特性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明中的阵列单元结构示意图；

图3是本发明中天线单元的俯视结构示意图；

图4是本发明中的馈电巴伦结构示意图；

图5是本发明中的馈电巴伦线结构俯视示意图；

图6是本发明中馈电巴伦结构单元中的金属导电柱结构示意图；

图7是本发明中天线单元的输入端口驻波比图；

图8是本发明中天线单元的辐射圆极化波轴比图；

图9是本发明中天线单元在26GHz处扫描角0°时的E面辐射方向图；

图10是本发明中天线单元在38GHz处扫描角0°时的E面辐射方向图；

图11是本发明中天线单元在43GHz处扫描角0°时的E面辐射方向图；

图12是本发明阵列天线的辐射圆极化波轴比图像；

图13是本发明阵列天线扫描角0°时随频率变化的最大辐射方向图；

图14是本发明阵列天线在26GHz处扫描角0°时随角变化的圆极化最大辐射方向图；

图15是本发明阵列天线在38GHz处扫描角0°时随角度变化的圆极化最大辐射方向图；

图16是本发明阵列天线在43GHz处扫描角0°时随角度变化的圆极化最大辐射方向图。

图17是本发明阵列天线在26GHz处扫描角60°时随角度变化的圆极化最大辐射方向图；

图18是本发明阵列天线在38GHz处扫描角60°时随角度变化的圆极化最大辐射方向图；

图19是本发明阵列天线在43GHz处扫描角60°时随角度变化的圆极化最大辐射方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例和效果作进一步描述：

参照图1，本实施例，包括第一匹配层1、第二匹配层2、第三匹配层3、天线阵列板4、金属电墙阵列5、馈电巴伦阵列6、上金属反射板7和下金属反射板8。其中天线阵列板4覆盖在第一匹配层1的上表面，金属电墙阵列5位于第二匹配层2中，上金属反射板7位于第二匹配层2和第三匹配层3之间，下金属反射板8位于第三匹配层3内，馈电巴伦阵列6，其主体结构位于上金属反射板7和下金属反射板8之间，且通过其金属导电柱向上贯穿金属反射板7、第二匹配层2和第一匹配层1，馈电到天线阵列板4，上金属反射板7和第二金属反射板8对于馈电巴伦阵列6起隔离作用。金属电墙阵列5的每个单元与其上方天线阵列板4的每个单元和下方巴伦阵列6的每个单元及其反射板、匹配层构成天线单元。

参照图2，所述金属电墙阵列5包括多个金属电墙单元，每个金属电墙单元包括耦合金属贴片51和两个金属圆柱52。该耦合金属贴片51与与两个金属圆柱52组合成门形结构，耦合金属贴片51位于第一匹配层1和第二匹配层2之间，并嵌入第一匹配层；金属圆柱位于第二匹配层中，并贯穿第二匹配层2，其与耦合金属贴片51相接。

参照图3，所述天线阵列板4位于金属电墙阵列5的上方，包括八个阵列板单元，每个阵列板单元又称偶极子辐射单元，其包括y极化方向偶极子臂41、y极化方向交趾耦合金属贴片43、x极化偶极子臂42和x极化方向的交趾耦合金属贴片44。该y极化偶极子臂41的形状为五边形，该五边形顶点为圆弧形，中心为十字形镂空结构，其底边采用阶梯状交趾耦合结构，并与交趾耦合金属贴片43耦合。该x极化偶极子臂42与y极化偶极子臂41的形状结构相同，其与交趾耦合金属贴片44耦合。这两种偶极子臂采用的十字形镂空结构和阶梯状交趾耦合结构，可延长辐射电流在天线贴片的电流路径，加长辐射单元的电长度，提升天线的辐射特性。

参照图4、图5和图6，所述耦合馈电巴伦结构单元6包括：不平衡带状线耦合器61、两个带状线巴伦结构62、63和一组四个组合金属导电柱结构64，其中：

所述不平衡带状线耦合器61是由两条上下堆叠放置的带状线组成的一个四端口的耦合器，即输入端口611、隔离端口612、输出端口613、耦合输出端口614。

所述两个带状线巴伦结构62、63上下堆叠，第一带状线馈电巴伦62位于下方，其包括：钩形带状线621、下圆环形带状线传输线622、两个下巴伦输出口623和624，这两个下巴伦输出端口623、624通过下半圆环形带状线传输线622连接。该下圆环形带状线传输线622的相位差为180°，该钩形带状线621由一条矩形带状线和一条四分之一下圆环形带状线组成。第二带状线馈电巴伦63位于第二带状线馈电巴伦62上方，其包括：四分之一上圆环形带状线631、上圆环形带状线传输线632、两个上巴伦输出端口633和634，该上半圆环形带状线传输线632的相位差为180°，用于连接这两个上巴伦输出端口633和634。

所述金属通孔结构64包括四个金属导电柱641、642、643和644，其中，第一金属导电柱641与第二金属导电柱642的结构相同，都是由第一匹配层1中的四段金属导电柱和对应的金属焊盘、第二匹配层的一段金属导电柱和对应的金属焊盘、第三匹配层3中的两段金属导电柱和对应的金属焊盘组成；第三金属导电柱643和第四金属导电柱644结构相同，都是由第一匹配层1中的四段金属导电柱和对应的金属焊盘、第二匹配层的一段金属导电柱和对应的金属焊盘、第三匹配层3中的一段金属导电柱和对应的金属焊盘组成。

馈电电流从输入端口611输入，从输出端口613和耦合端口614输出两个幅度相等、相位相差90°的电流。从输出端口613输出的电流馈电给钩形带状线621，一部分通过上巴伦第一输出端口623传输到第一金属导电柱641，另一部分通过上巴伦的第二输出端口624馈电到第二金属导电柱642，再同时馈电到偶极子臂41的左右两臂；从耦合端口614输出的电流馈电到四分之一上圆环形带状线631，一部分通过下巴伦的第一输出端口633传输到第三金属导电柱643，另一部分通过第二输出端口634传输到第四金属导电柱644，再同时馈电到偶极子臂42上下两臂，最终实现偶极子天线的辐射圆极化波。

上述第一匹配层1和第三匹配层3相同，采用的都是相对介电常数为3.29，正切损耗角为0.006的四层介质板材叠加而成，第二匹配层2采用的是相对介电常数为3.31，正切损耗角为0.0033的介质板材。

上述第一匹配层1、第二匹配层2、第三匹配层3和天线阵列板4的尺寸相同，其短边边长W为最高工作频率对应波长的0.496倍，这四者的总厚度H为最高工作频率对应波长的0.182倍，本实例设但不限于W＝3.5mm，H＝1.287mm，其中天线介质层的第一匹配层1的厚度h1＝0.326mm，第二匹配层2的层厚h2＝0.635mm，第三匹配层3的厚h3＝0.326mm。

上述矩形金属贴片51中，x极化方向贴片长宽比在1.5～2.5范围内，y极化方向贴片长宽比在1.5～2.5范围内，所述两个金属圆柱52之间的距离在0.6～0.1mm的范围内，金属圆柱52的直径在0.2～0.3mm的范围内，金属圆柱高度0.653mm与第二匹配层2的厚度相同。

本实例设但不限于x极化方向贴片长为1.4mm，宽为0.62mm，y极化方向贴片长为1.4mm，宽为0.7mm，两个金属圆柱52之间的距离为0.8mm，金属圆柱52直径0.25mm。

上述第一馈电巴伦中的钩形带状线621中的方形带状线长宽比在1.5～2的范围内，第一馈电巴伦中下半圆环形带状线传输线622内外径之比在0.6～0.9的范围内，第二馈电巴伦中的四分之一上圆环形带状线631的内外径之比在0.2～0.4的范围内。

本实例设但不限于钩形带状线621中的方形带状线的宽度为0.5mm,长度为0.775m，下半圆环形带状线传输线622的内径为0.8mm,外径为1.0mm，宽度为0.2mm,；四分之一上圆环形带状线631的内径为0.25mm,外径为0.75mm，宽度为0.5mm。

金属导电柱结构64中的导电柱的直径在0.1～0.3mm的范围内，对应的金属焊盘的直径在0.2～0.4mm。

由于匹配层介质的不同，金属导电柱结构64的加工所要求的直径也不同，本实例设但不限于在第一匹配层1中，金属导电柱的半径为0.125mm,对应的金属焊盘半径为0.225mm，在第二匹配层2中，金属导电柱的半径为0.05mm,对应的金属焊盘半径为0.1125mm。

本发明的效果可通过以下仿真实验进一步说明；

一.仿真实验条件：

商业仿真软件Ansoft HFSS_20.0，

扫描频率带宽20GHz～45GHz，扫描频率间隔1GHz，

扫描空间俯仰角theta的范围为0°～180°、空间方位角phi的范围为0°～360°，以1°间隔采集数据。

二.仿真实验内容

仿真1：在上述条件下对本发明实施例的天线单元端口驻波比在20GHz至45GHz范围内进行仿真计算，结果如图7所示。

从图7可以得出，天线单元端口圆极化驻波比小于3的频带范围为20GHz～45GHz；该频带范围覆盖了5G毫米波工作频段24.75GHz～27.5GHz和37GHz～43.5GHz。

仿真2：在上述条件下对本发明实施例的天线单元轴比参数在20GHz至45GHz范围内进行电脑仿真，结果如图8所示。

从图8可以得出，天线单元的轴比小于3的频带范围为21.94GHz～44.10GHz；在5G毫米波工作频段24.75GHz～27.5GHz和37GHz～43.5GHz内均可良好的圆极化波辐射。

仿真3：在上述条件下对本发明实施例的天线单元分别在26GHz、38GHz和43GHz处的E面辐射方向图进行仿真模拟，结果如图9、图10和图11所示。

从图9可以得出，天线单元在工作频率26GHz处的E面辐射方向图中，在方位角Theta＝0°处的可实现最大增益。

从图10可以得出，天线单元在工作频率38GHz处的E面辐射方向图中，在方位角Theta＝0°处的可实现最大增益。

从图11可以得出，天线单元在工作频率43GHz处的E面辐射方向图中，在方位角Theta＝0°处的可实现最大增益。

综合图9、图10和图11可以得出，天线单元在工作频带内有宽频带辐射圆极化波束特性。

仿真4：在上述条件下对本发明实施例的天线阵列轴比参数在20GHz至45GHz范围内进行仿真，结果如图12所示。

从图12可以得出，本实例天线阵列的轴比小于3的频带范围为23.88GHz～27.84GHz和34.58GHz～44.53GHz，其在5G毫米波工作频段24.75GHz～27.5GHz和37GHz～43.5GHz内均可良好的圆极化波辐射。

仿真5：在上述条件下对本发明实施例的天线阵列最大辐射方向增益在20GHz至45GHz范围内进行仿真计算，结果如图13所示。

从图13可以得出，本实例的阵列天线在扫描角为0°时，其最大方向辐射方向的增益随着频率变化而变化，在5G频段24.75GHz～27.5GHz和37GHz～43.5GHz内可实现的最大增益为10.2dB和11.27dB，表明天线阵列辐射特性良好。

仿真6：在上述条件下对本发明实施例的天线阵列在低频段的26GHz处、高频段的38GHz处和高频段的43GHz处分别进行仿真计算，得出当phi＝0°时增益随方位角Theta变化的辐射方向图，结果如图14、图15和图16所示。

从图14可以得出，在扫描角为phi＝90°时，阵列天线在方位角0°处的可实现10.10dB的最大增益。

从图15可以得出，在扫描角为phi＝90°时，阵列天线在方位角0°处的可实现的最大增益为11.27dB。

从图16可以得出，在扫描角为phi＝90°时，阵列天线在方位角0°处的可实现最大增益为9.94dB。

综合图14、图15和图16，可以得出本实例阵列天线在整个宽频带内不仅有稳定的辐射圆极化波束特性，而且辐射增益表现良好。

仿真7：在上述条件下对本发明实施例的天线阵列在低频段的26GHz处、高频段的38GHz处和高频段的43GHz处分别进行仿真计算，得出当扫描角60°时增益随方位角Theta变化的辐射方向图，结果如图17、图18和图19所示。

从图17可以得出，在扫描角为phi＝90°时，阵列天线在方位角60°处的可实现10.10dB的最大增益。

从图18可以得出，在扫描角为phi＝90°时，阵列天线在方位角60°处的可实现的最大增益为8.54dB。

从图19可以得出，在扫描角为phi＝90°时，阵列天线在方位角60°处的可实现最大增益为6.79dB。

综合图17、图18和图19，可以得出本实例阵列天线在整个宽频带内不仅有稳定的宽角辐射圆极化波束特性，而且辐射增益表现良好。

Claims (9)

1.一种5G毫米波圆极化紧耦合阵列天线，包括匹配层、天线阵列板(4)、馈电巴伦阵列(6)和金属反射板，天线阵列板(4)中设有多个偶极子辐射周期单元，每个周期单元包括y极化的偶极子臂(41)和x极化的偶极子臂(42)，其特征在于：

所述匹配层，设为上下堆叠的三层，即第一匹配层(1)、第二匹配层(2)和第三匹配层(3)；

所述金属反射板，设为上下两层，即上金属反射板(7)和下金属反射板(8)；

所述第二匹配层(2)，其内固定有金属电墙阵列(5)，以增强天线单元内和单元之间的耦合，扩展天线阵列的带宽；

所述天线阵列板(4)覆盖于第一匹配层(1)的上表面，且其中的y极化的偶极子臂(41)和x极化的偶极子臂(42)均采用中心为十字形镂空、底边为阶梯状交趾的金属五边形结构，以延长辐射电流在天线贴片的电流路径，加长辐射单元的电长度，提升天线的辐射特性；

所述金属电墙阵列(5)位于第二匹配层(2)中；

所述上金属反射板(7)位于第二匹配层(2)和第三匹配层(3)之间；

所述下金属反射板(8)位于第三匹配层(3)内；

所述馈电巴伦阵列(6)，包括多个馈电巴伦结构单元，每个馈电巴伦结构单元包括不平衡带状线耦合器(61)、两个带状线巴伦结构(62、63)和一组四个组合金属导电柱结构(64)，其位于上金属反射板(7)和下金属反射板(8)之间，且通过其金属馈电导电柱贯穿第二匹配层(2)，馈电给天线阵列板(4)。

2.根据权利要求1所述阵列天线，其特征在于：所述金属电墙阵列(5)包括多个金属电墙单元，每个金属电墙单元包括矩形金属贴片(51)和距离0.8mm的两个金属半圆柱(52)；

该矩形金属贴片(51)分为x极化方向贴片和y极化方向贴片，其中x极化方向贴片长宽比在1.5～2.5范围内，y极化方向贴片长宽比在1.5～2.5范围内；

该金属半圆柱(52)的高度与第二匹配层(2)厚度相同。

3.根据权利要求1所述阵列天线，其特征在于，所述天线阵列板(4)包括八个关于天线介质板中心对称分布的偶极子辐射周期单元，每个偶极子辐射周期单元由y极化的偶极子臂(41)、x极化的偶极子臂(42)和与其分别对应的两个交趾耦合金属贴片(43、44)组成，该y极化的偶极子臂(41)与其对应的第一交趾耦合金属贴片(43)耦合，该x极化的偶极子臂(41)与其对应的第二交趾耦合金属贴片(44)耦合。

4.根据权利要求1所述阵列天线，其特征在于：

所述不平衡带状线耦合器(61)是由两条上下堆叠放置的带状线组成一个四端口耦合器，其设有两个输入端口(611、612)、一个输出端口(613)和一个耦合端口(614)；

所述两个带状线巴伦结构(62、63)上下堆叠，其分别与不平衡带状线耦合器的输出端口(613)和耦合输出口(614)相连；

所述四个组合金属导电柱结构(64)是由两个x极化方向的导电金属柱(641、642)和两个y极化方向的导电金属柱(643、644)与对应的金属焊盘组成，两个x极化方向的导电金属柱(641、642)分别与第一带状线巴轮(62)的两个端口相连，两个y极化方向的导电金属柱(643、644)分别与第二带状线巴轮(63)的两个端口相连。

5.根据权利要求4所述阵列天线，其特征在于：所述x极化方向的两个金属导电柱(641、642)，结构相同，其均包括：在第一匹配层(1)中竖直放置的四段金属导电柱与其对应的金属焊盘；在第二匹配层(2)中竖直放置的一段金属导电柱和对应的金属焊盘；在第三匹配层(3)中竖直放置的两段金属导电柱和对应的金属焊盘；这三部分的金属导电柱和金属焊盘上下叠放，中心轴位于同一竖直线上，最上端金属导电柱到x极化的偶极子臂(42)表面。

6.根据权利要求4所述阵列天线，其特征在于：所述y极化方向的两个金属导电柱(643、644)，结构相同，其均包括：在第一匹配层(1)中竖直放置的四段金属导电柱与对应的金属焊盘；在第二匹配层(2)中竖直放置的一段金属导电柱和对应的金属焊盘；在第三匹配层(3)中竖直放置的一段金属导电柱和对应的金属焊盘组成；这三部分的金属导电柱和金属焊盘上下叠放，中心轴位于同一竖直线上，最上端金属导电柱馈电到y极化的偶极子臂(43)表面。

7.根据权利要求4所述阵列天线，其特征在于：所述第一馈电巴伦(62)，其包括：钩形带状线(621)、两个巴伦输出口(623、624)、连接两个巴伦输出端口(623、624)的上圆环形带状线传输线(622)，该上圆环形带状线传输线(622)的相位差为180°；该钩形带状线(621)由一条矩形带状线和一条四分之一圆环形带状线组成。

8.根据权利要4所述阵列天线，其特征在于：所述第二馈电巴伦(63)，其包括：四分之一圆环形带状线(631)、两个巴伦输出端口(633、634)和连接这两个输出端口的下圆环形带状线传输线(632)，该下圆环形带状线传输线(632)的相位差为180°。

9.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于：

所述第一匹配层(1)，其由四层厚度相同的，相对介电常数为3.29，正切损耗角为0.006的方形板材介质板材叠加而成；

所述第二匹配层(2)，其采用一层相对介电常数为3.31，正切损耗角为0.0033的方形介质板材；

所述第三匹配层(3)，其与第一匹配层(1)结构及材料相同；

所述所述第一匹配层(1)、第二匹配层(2)、第三匹配层(3)和天线阵列板(4)的尺寸相同，其短边边长均为最高工作频率对应波长的0.496倍，这四者的总厚度为最高工作频率对应波长的0.182倍。

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