CN116885445B - 应用于q、v波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线 - Google Patents

应用于q、v波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线 Download PDF

Info

Publication number
CN116885445B
CN116885445B CN202311153127.2A CN202311153127A CN116885445B CN 116885445 B CN116885445 B CN 116885445B CN 202311153127 A CN202311153127 A CN 202311153127A CN 116885445 B CN116885445 B CN 116885445B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal plate
feed
gap
waveguide
back cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311153127.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116885445A (zh
Inventor
刘锦霖
古庆平
谢婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shengweilun Shenzhen Communication Technology Co ltd
Original Assignee
Shengweilun Shenzhen Communication Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shengweilun Shenzhen Communication Technology Co ltd filed Critical Shengweilun Shenzhen Communication Technology Co ltd
Priority to CN202311153127.2A priority Critical patent/CN116885445B/zh
Publication of CN116885445A publication Critical patent/CN116885445A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116885445B publication Critical patent/CN116885445B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/002—Protection against seismic waves, thermal radiation or other disturbances, e.g. nuclear explosion; Arrangements for improving the power handling capability of an antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • H01Q21/0043—Slotted waveguides
    • H01Q21/005—Slotted waveguides arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本申请提供了一种应用于Q、V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线，包括：依次层叠设置的辐射层、背腔层、垂直极化馈电网络层、水平极化馈电网络层和天线底板；天线底板设有馈电端口；水平极化馈电网络层设有水平极化功分网络；垂直极化馈电网络层设有垂直极化功分网络；背腔层设有同时与水平极化功分网络的输出端和垂直极化功分网络的输出端对应的背腔缝隙；辐射层设有辐射孔阵；射频信号通过馈电端口分别进入水平极化功分网络和垂直极化功分网络，并通过背腔缝隙和辐射孔阵，以相互正交的水平极化波和垂直极化波向外输出。本申请可以获得较高的增益和效率、较宽的工作带宽和较好的极化隔离度，并且避免了真空焊接等复杂工艺，加工成本较低。

Description

应用于Q、V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别是一种应用于Q波段和V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线。
背景技术
双极化阵列天线是将频率复用效率提高一倍的简单方法，因为它可以同时产生水平和垂直两种正交极化。在无线通信和雷达探测应用中，附加的极化方式也可以用作分集措施，以提高收发的信噪比和增加数据速率。由于这些优点，双极化天线被广泛应用于通信系统和雷达中。
现有的大多数双极化阵列天线都使用电介质衬底来实现辐射单元和馈电网络，因为印刷电路板和基片集成波导较为容易实现双极化的馈电电路，例如专利CN114006172A公开的一种基于基片集成波导和带状线馈电的双极化单脉冲天线，专利CN116315742A公开的一种基于基片集成波导滤波的毫米波双极化滤波天线阵列。
但是，这类双极化阵列天线存在效率较低和极化隔离度较差的问题。
发明内容
鉴于上述提到的问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种应用于Q波段和V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线，包括：
一种应用于Q波段和V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线，包括：依次层叠设置的辐射层、背腔层、垂直极化馈电网络层、水平极化馈电网络层和天线底板；
所述天线底板设有馈电端口；所述水平极化馈电网络层设有水平极化功分网络；所述垂直极化馈电网络层设有垂直极化功分网络；所述背腔层设有同时与所述水平极化功分网络的输出端和所述垂直极化功分网络的输出端对应的背腔缝隙；所述辐射层设有与所述背腔缝隙对应的辐射孔阵；
当射频信号通过所述双极化波导缝隙阵列天线时，所述射频信号通过所述馈电端口分别进入所述水平极化功分网络和所述垂直极化功分网络，并通过所述背腔缝隙和所述辐射孔阵，以相互正交的水平极化波和垂直极化波向外输出。
优选的，所述馈电端口包括第一馈电端口和第二馈电端口；所述水平极化功分网络的输入端与所述第二馈电端口对应；所述垂直极化功分网络的输入端与所述第一馈电端口对应。
优选的，所述水平极化馈电网络层包括设置在所述天线底板表面的第一金属板和设置在所述第一金属板表面的第二金属板；所述第一金属板设有与所述第一馈电端口对应的第一馈电缝隙和与所述第二馈电端口对应的第二馈电缝隙；所述第一金属板朝向所述第二金属板的表面设有第一脊间隙波导结构；所述第一脊间隙波导结构的输入端与所述第二馈电缝隙对应；所述第二金属板设有与所述第一馈电缝隙对应的第三馈电缝隙和与所述第一脊间隙波导结构的输出端对应的第四馈电缝隙；所述第二金属板朝向所述垂直极化馈电网络层的表面设有与所述第二馈电缝隙对应的第一台阶结构。
优选的，所述第一脊间隙波导结构包括由金属销钉围合形成的第一波导腔体和设置在所述第一波导腔体内的第一不等分功分器；所述第一不等分功分器的输入端通过所述第一波导腔体与所述第二馈电缝隙连通，输出端通过所述第一波导腔体与所述第四馈电缝隙连通。
优选的，所述垂直极化馈电网络层包括设置在所述第二金属板表面的第三金属板和设置在所述第三金属板表面的第四金属板；所述第三金属板设有与所述第三馈电缝隙对应的第五馈电缝隙和与所述第四馈电缝隙对应的第六馈电缝隙；所述第三金属板朝向所述第四金属板的表面设有第二脊间隙波导结构；所述第二脊间隙波导结构的输入端与所述第五馈电缝隙对应；所述第四金属板设有同时与所述第六馈电缝隙和所述第二脊间隙波导结构的输出端对应的第七馈电缝隙；所述第四金属板朝向所述背腔层的表面设有与所述第五馈电缝隙对应的第二台阶结构。
优选的，所述第二脊间隙波导结构包括由金属销钉围合形成的第二波导腔体和设置在所述第二波导腔体内的第二不等分功分器；所述第二不等分功分器的输入端通过所述第二波导腔体与所述第五馈电缝隙连通，输出端通过所述第二波导腔体与所述第七馈电缝隙连通。
优选的，所述背腔层包括设置在所述第四金属板表面的第五金属板和设置在所述第五金属板表面的第六金属板；所述第五金属板设有与所述第七馈电缝隙对应的所述背腔缝隙；所述第六金属板设有与所述背腔缝隙对应的背腔孔阵；所述背腔孔阵与所述辐射孔阵在垂直于所述辐射层的方向上重叠。
优选的，所述第五金属板朝向所述第六金属板的表面设有由金属销钉围合形成的第三波导腔体；所述第三波导腔体分别与所述背腔缝隙和所述背腔孔阵连通。
优选的，所述辐射层包括第七金属板；所述第七金属板设有所述辐射孔阵。
优选的，所述辐射孔阵包括以2×2的阵列形式排列的4个辐射通孔。
本申请具有以下优点：
在本申请的实施例中，相对于现有的双极化阵列天线效率较低和极化隔离度较差的问题，本申请提供了采用双层共口径波导缝隙馈电的解决方案，通过采用间隙波导形式的双层馈电网络层和背腔层，以及作为公共辐射口径的辐射层，使得水平极化和垂直极化的电磁波以正交的方式从公共辐射口径辐射出来，有效降低了介质损耗和电磁耦合干扰，从而可以获得较高的增益和效率、较宽的工作带宽和较好的极化隔离度，并且避免了真空焊接等复杂工艺，加工成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的阵列天线的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的阵列天线的爆炸结构示意图；
图3是本申请一实施例提供的阵列天线中天线底板的结构示意图；
图4是本申请一实施例提供的阵列天线中天线底板的局部放大结构示意图；
图5是本申请一实施例提供的阵列天线中第一金属板的结构示意图；
图6是本申请一实施例提供的阵列天线中第一金属板的局部放大结构示意图；
图7是本申请一实施例提供的阵列天线中第二金属板的结构示意图；
图8是本申请一实施例提供的阵列天线中第二金属板的局部放大结构示意图；
图9是本申请一实施例提供的阵列天线中第三金属板的结构示意图；
图10是本申请一实施例提供的阵列天线中第三金属板的局部放大结构示意图；
图11是本申请一实施例提供的阵列天线中第四金属板的结构示意图；
图12是本申请一实施例提供的阵列天线中第四金属板的局部放大结构示意图；
图13是本申请一实施例提供的阵列天线中第五金属板的结构示意图；
图14是本申请一实施例提供的阵列天线中第五金属板的局部放大结构示意图；
图15是本申请一实施例提供的阵列天线中第六金属板的结构示意图；
图16是本申请一实施例提供的阵列天线中第六金属板的局部放大结构示意图；
图17是本申请一实施例提供的阵列天线中第七金属板的结构示意图；
图18是本申请一实施例提供的阵列天线中第七金属板的局部放大结构示意图；
图19是本申请一实施例提供的阵列天线计算和测量的反射系数和隔离度随频率的变化曲线；
图20是本申请一实施例提供的阵列天线计算和测量的增益随频率的变化曲线；
图21是本申请一实施例提供的阵列天线的水平极化接口在50GHz处的电场面方向图；
图22是本申请一实施例提供的阵列天线的水平极化接口在50GHz处的磁场面方向图；
图23是本申请一实施例提供的阵列天线的垂直极化接口在50GHz处的电场面方向图；
图24是本申请一实施例提供的阵列天线的垂直极化接口在50GHz处的磁场面方向图。
说明书附图中的附图标记如下：
10、辐射层；11、第七金属板；111、辐射孔阵；20、背腔层；21、第五金属板；211、背腔缝隙；212、第三波导腔体；22、第六金属板；221、背腔孔阵；30、垂直极化馈电网络层；31、第三金属板；311、第五馈电缝隙；312、第六馈电缝隙；313、第二脊间隙波导结构；32、第四金属板；321、第七馈电缝隙；322、第二台阶结构；40、水平极化馈电网络层；41、第一金属板；411、第一馈电缝隙；412、第二馈电缝隙；413、第一脊间隙波导结构；42、第二金属板；421、第三馈电缝隙；422、第四馈电缝隙；423、第一台阶结构；50、天线底板；501、第一馈电端口；502、第二馈电端口。
具体实施方式
为使本申请的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
发明人通过分析现有技术发现，在毫米波频段（30-300GHz）内，印刷电路板和基片集成波导存在较高的介质损耗，所以造成天线的效率较低，进而造成无线通信和雷达系统的信噪比较低；并且，在印刷电路板和基片集成波导中，馈电线路之间的电磁耦合效应会导致信号交叉干扰，造成天线的极化隔离度较差。
参照图1-18，示出了本申请一实施例提供的一种应用于Q波段（30-50GHz）和V波段（50-75 GHz）卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线，包括：依次层叠设置的辐射层10、背腔层20、垂直极化馈电网络层30、水平极化馈电网络层40和天线底板50；
所述天线底板50设有馈电端口；所述水平极化馈电网络层40设有水平极化功分网络；所述垂直极化馈电网络层30设有垂直极化功分网络；所述背腔层20设有同时与所述水平极化功分网络的输出端和所述垂直极化功分网络的输出端对应的背腔缝隙211；所述辐射层10设有与所述背腔缝隙211对应的辐射孔阵111；
当射频信号通过所述双极化波导缝隙阵列天线时，所述射频信号通过所述馈电端口分别进入所述水平极化功分网络和所述垂直极化功分网络，并通过所述背腔缝隙211和所述辐射孔阵111，以相互正交的水平极化波和垂直极化波向外输出。
在本申请的实施例中，相对于现有的双极化阵列天线效率较低和极化隔离度较差的问题，本申请提供了采用双层共口径波导缝隙馈电的解决方案，通过采用间隙波导形式的双层馈电网络层和背腔层20，以及作为公共辐射口径的辐射层10，使得水平极化和垂直极化的电磁波以正交的方式从公共辐射口径辐射出来，有效降低了介质损耗和电磁耦合干扰，从而可以获得较高的增益和效率、较宽的工作带宽和较好的极化隔离度（对于水平极化和垂直极化，在47-52 GHz范围内均获得了高于31.0 dBi的增益和接近70%的天线效率；输入阻抗带宽分别为11.3%和12.1%，实现了宽带特性；在两种极化之间的宽带宽范围内实现了超过-25dB的隔离度），并且避免了真空焊接等复杂工艺，加工成本较低。
下面，将对本示例性实施例中一种应用于Q波段和V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线做进一步地说明。
本实施例中，所述馈电端口包括第一馈电端口501和第二馈电端口502；所述水平极化功分网络的输入端与所述第二馈电端口502对应；所述垂直极化功分网络的输入端与所述第一馈电端口501对应。所述射频信号通过所述第一馈电端口501馈入所述垂直极化功分网络，并且通过所述第二馈电端口502馈入所述水平极化功分网络。
本实施例中，所述水平极化馈电网络层40包括设置在所述天线底板50表面的第一金属板41和设置在所述第一金属板41表面的第二金属板42；所述第一金属板41设有与所述第一馈电端口501对应的第一馈电缝隙411和与所述第二馈电端口502对应的第二馈电缝隙412；所述第一金属板41朝向所述第二金属板42的表面设有第一脊间隙波导结构413；所述第一脊间隙波导结构413的输入端与所述第二馈电缝隙412对应；所述第二金属板42设有与所述第一馈电缝隙411对应的第三馈电缝隙421和与所述第一脊间隙波导结构413的输出端对应的第四馈电缝隙422；所述第二金属板42朝向所述垂直极化馈电网络层30的表面设有与所述第二馈电缝隙412对应的第一台阶结构423。所述第一脊间隙波导结构413构成所述水平极化功分网络，所述第二馈电端口502、所述第二馈电缝隙412和所述第一台阶结构423共同构成第一垂直传输结构，所述射频信号通过所述第一垂直传输结构馈入所述水平极化功分网络。所述水平极化功分网络用于根据泰勒综合法得到阵列电流激励幅值，对进入所述水平极化功分网络的射频信号进行功率分配，使得每一个辐射背腔得到对应的激励电流，以实现低副瓣高增益的阵列波形；并且，所述水平极化功分网络具有较长的TE10模截波长，同时与高次模距离较远，因此具有较宽的工作带宽。
本实施例中，所述第一脊间隙波导结构413包括由金属销钉围合形成的第一波导腔体和设置在所述第一波导腔体内的第一不等分功分器；所述第一不等分功分器的输入端通过所述第一波导腔体与所述第二馈电缝隙412连通，输出端通过所述第一波导腔体与所述第四馈电缝隙422连通。具体的，所述第一不等分功分器的末端为T形，通过T形节的匹配平台高度实现匹配阻抗，并且通过两个端口的脊深入T形节的长度及高度实现功率分配。由于T形功分器的驻波较好，因此便于设计大规模阵列天线。在一具体实现中，所述第一不等分功分器为一分六十四功分器，所述第四馈电缝隙422共设有六十四个，所述射频信号通过所述水平极化功分网络以六十四路馈入所述背腔层20。
进一步的，所述第一不等分功分器的末端与所述第一波导腔体之间形成第一过渡结构，所述第一过渡结构与所述背腔缝隙211和所述辐射孔阵111的辐射通孔共同构成单元子阵，其中，所述第一过渡结构、所述背腔缝隙211和所述辐射孔阵111的设计，直接决定单元子阵的性能，进而影响阵列天线的整体性能。
本实施例中，所述垂直极化馈电网络层30包括设置在所述第二金属板42表面的第三金属板31和设置在所述第三金属板31表面的第四金属板32；所述第三金属板31设有与所述第三馈电缝隙421对应的第五馈电缝隙311和与所述第四馈电缝隙422对应的第六馈电缝隙312；所述第三金属板31朝向所述第四金属板32的表面设有第二脊间隙波导结构313；所述第二脊间隙波导结构313的输入端与所述第五馈电缝隙311对应；所述第四金属板32设有同时与所述第六馈电缝隙312和所述第二脊间隙波导结构313的输出端对应的第七馈电缝隙321；所述第四金属板32朝向所述背腔层20的表面设有与所述第五馈电缝隙311对应的第二台阶结构322。所述第二脊间隙波导结构313构成所述垂直极化功分网络，所述第一馈电端口501、所述第一馈电缝隙411、所述第三馈电缝隙421、所述第五馈电缝隙311和所述第二台阶结构322共同构成第二垂直传输结构，所述射频信号通过所述第二垂直传输结构馈入所述垂直极化功分网络。所述垂直极化功分网络用于根据泰勒综合法得到阵列电流激励幅值，对进入所述垂直极化功分网络的射频信号进行功率分配，使得每一个辐射背腔得到对应的激励电流，以实现低副瓣高增益的阵列波形；并且，所述垂直极化功分网络具有较长的TE10模截波长，同时与高次模距离较远，因此具有较宽的工作带宽。
本实施例中，所述第二脊间隙波导结构313包括由金属销钉围合形成的第二波导腔体和设置在所述第二波导腔体内的第二不等分功分器；所述第二不等分功分器的输入端通过所述第二波导腔体与所述第五馈电缝隙311连通，输出端通过所述第二波导腔体与所述第七馈电缝隙321连通。具体的，所述第二不等分功分器的末端为T形，通过T形节的匹配平台高度实现匹配阻抗，并且通过两个端口的脊深入T形节的长度及高度实现功率分配。由于T形功分器的驻波较好，因此便于设计大规模阵列天线。在一具体实现中，所述第二不等分功分器为一分六十四功分器，所述第七馈电缝隙321共设有六十四个，所述射频信号通过所述垂直极化功分网络以六十四路馈入所述背腔层20。
进一步的，所述第二不等分功分器的末端与所述第二波导腔体之间形成第二过渡结构，所述第二过渡结构与所述背腔缝隙211和所述辐射孔阵111的辐射通孔共同构成单元子阵，其中，所述第二过渡结构、所述背腔缝隙211和所述辐射孔阵111的设计，直接决定单元子阵的性能，进而影响阵列天线的整体性能。
本实施例中，所述背腔层20包括设置在所述第四金属板32表面的第五金属板21和设置在所述第五金属板21表面的第六金属板22；所述第五金属板21设有与所述第七馈电缝隙321对应的所述背腔缝隙211；所述第六金属板22设有与所述背腔缝隙211对应的背腔孔阵221；所述背腔孔阵221与所述辐射孔阵111在垂直于所述辐射层10的方向上重叠。具体的，所述背腔缝隙211呈十字形；所述背腔孔阵221包括以2×2的阵列形式排列的四个背腔通孔；所述背腔通孔呈圆形。所述背腔层20起到与所述辐射孔阵111匹配阻抗的作用。在一具体实现中，所述背腔缝隙211共设有六十四个，所述背腔孔阵221共设有六十四个，每一所述背腔孔阵221包括以2×2的阵列形式排列的四个背腔通孔，所述射频信号通过所述背腔缝隙211和所述背腔孔阵221以二百五十六路馈入所述辐射层10。
本实施例中，所述第五金属板21朝向所述第六金属板22的表面设有由金属销钉围合形成的第三波导腔体212；所述第三波导腔体212分别与所述背腔缝隙211和所述背腔孔阵221连通。具体的，所述第三波导腔体212呈“田”字形，所述背腔缝隙211设置在所述“田”字的中心位置。通过设置所述第三波导腔体212，可以起到抑制高次模的作用。
本实施例中，所述辐射层10包括第七金属板11；所述第七金属板11设有所述辐射孔阵111。具体的，所述辐射孔阵111包括以2×2的阵列形式排列的四个辐射通孔；所述辐射通孔呈圆形；所述辐射通孔的直径均小于一个自由空间波长，可以实现阵列天线远场电场面和磁场面波瓣的最小化。在一具体实现中，所述辐射孔阵111共设有六十四个，每一所述辐射孔阵111包括以2×2的阵列形式排列的四个辐射通孔，所述射频信号通过所述辐射孔阵111以二百五十六路向外输出。
本实施例中，所述第一金属板41、所述第二金属板42、所述第三金属板31、所述第四金属板32、所述第五金属板21、所述第六金属板22和所述第七金属板11的截面形状可以为矩形、椭圆形、T型、十字型和哑铃型中的一种或几种组合，其尺寸、数量均可根据需求确定，实际工程中只需要考虑尽量减小对阵列天线性能的影响。
本实施例中，所述双极化波导缝隙阵列天线还包括装配组件，具体的，所述装配组件由具有固定或装配作用的孔和螺钉组成，本申请在此不再赘述。
本申请阵列天线的性能测试结果如下：
图19是本申请阵列天线计算和测量的驻波图，电磁波频率从47 GHz到52GHz变化，其反射系数均小于-14dB，表明本申请的阵列天线在47 GHz到52GHz的频率范围内具有较小的回波损耗。
图20是本申请阵列天线在47-52GHz处计算和测量的增益图，可以看出，在47 GHz至52 GHz频率范围内，测量增益都大于31.5 dBi。
图21是本申请阵列天线水平极化方向的通道在50GHz电场面的方向图，图22是本申请阵列天线水平极化方向的通道在50GHz磁场面的方向图，图23是本申请阵列天线垂直极化方向的通道在50GHz电场面的方向图，图24是本申请阵列天线垂直极化方向的通道在50GHz磁场面的方向图，由图21-24可以看出，本申请的阵列天线旁瓣小于-21dB。
测量结果略低于计算结果，是因为本申请阵列天线采用铝或铝基材料制成，随着电磁波频率的增加，欧姆损耗会增加，同时脊表面的粗糙度、与标准波导的表面连接、通过探针和螺钉组装与固定天线结构导致的安装精确度等因素都可能是影响天线性能的原因。
综上所述，采用本申请提供的基于间隙波导技术的Q、V波段双极化波导缝隙阵列天线，可以实现天线远场电场面和磁场面波瓣的最小化，实现低副瓣高增益的阵列波形，同时具有较宽的工作带宽，方便设计大规模阵列天线。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种应用于Q波段和V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (6)

1.一种应用于Q波段和V波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线，其特征在于，包括：依次层叠设置的辐射层、背腔层、垂直极化馈电网络层、水平极化馈电网络层和天线底板；
所述天线底板设有馈电端口；所述水平极化馈电网络层设有水平极化功分网络；所述垂直极化馈电网络层设有垂直极化功分网络；所述背腔层设有同时与所述水平极化功分网络的输出端和所述垂直极化功分网络的输出端对应的背腔缝隙；所述辐射层设有与所述背腔缝隙对应的辐射孔阵；
所述馈电端口包括第一馈电端口和第二馈电端口；所述水平极化功分网络的输入端与所述第二馈电端口对应；所述垂直极化功分网络的输入端与所述第一馈电端口对应；
所述水平极化馈电网络层包括设置在所述天线底板表面的第一金属板和设置在所述第一金属板表面的第二金属板；所述第一金属板设有与所述第一馈电端口对应的第一馈电缝隙和与所述第二馈电端口对应的第二馈电缝隙；所述第一金属板朝向所述第二金属板的表面设有第一脊间隙波导结构；所述第一脊间隙波导结构的输入端与所述第二馈电缝隙对应；所述第二金属板设有与所述第一馈电缝隙对应的第三馈电缝隙和与所述第一脊间隙波导结构的输出端对应的第四馈电缝隙；所述第二金属板朝向所述垂直极化馈电网络层的表面设有与所述第二馈电缝隙对应的第一台阶结构；
所述垂直极化馈电网络层包括设置在所述第二金属板表面的第三金属板和设置在所述第三金属板表面的第四金属板；所述第三金属板设有与所述第三馈电缝隙对应的第五馈电缝隙和与所述第四馈电缝隙对应的第六馈电缝隙；所述第三金属板朝向所述第四金属板的表面设有第二脊间隙波导结构；所述第二脊间隙波导结构的输入端与所述第五馈电缝隙对应；所述第四金属板设有同时与所述第六馈电缝隙和所述第二脊间隙波导结构的输出端对应的第七馈电缝隙；所述第四金属板朝向所述背腔层的表面设有与所述第五馈电缝隙对应的第二台阶结构；
所述背腔层包括设置在所述第四金属板表面的第五金属板和设置在所述第五金属板表面的第六金属板；所述第五金属板设有与所述第七馈电缝隙对应的所述背腔缝隙；所述第六金属板设有与所述背腔缝隙对应的背腔孔阵；所述背腔孔阵与所述辐射孔阵在垂直于所述辐射层的方向上重叠；
当射频信号通过所述双极化波导缝隙阵列天线时，所述射频信号通过所述馈电端口分别进入所述水平极化功分网络和所述垂直极化功分网络，并通过所述背腔缝隙和所述辐射孔阵，以相互正交的水平极化波和垂直极化波向外输出。
2.根据权利要求1所述的双极化波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述第一脊间隙波导结构包括由金属销钉围合形成的第一波导腔体和设置在所述第一波导腔体内的第一不等分功分器；所述第一不等分功分器的输入端通过所述第一波导腔体与所述第二馈电缝隙连通，输出端通过所述第一波导腔体与所述第四馈电缝隙连通。
3.根据权利要求1所述的双极化波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述第二脊间隙波导结构包括由金属销钉围合形成的第二波导腔体和设置在所述第二波导腔体内的第二不等分功分器；所述第二不等分功分器的输入端通过所述第二波导腔体与所述第五馈电缝隙连通，输出端通过所述第二波导腔体与所述第七馈电缝隙连通。
4.根据权利要求1所述的双极化波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述第五金属板朝向所述第六金属板的表面设有由金属销钉围合形成的第三波导腔体；所述第三波导腔体分别与所述背腔缝隙和所述背腔孔阵连通。
5.根据权利要求1所述的双极化波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述辐射层包括第七金属板；所述第七金属板设有所述辐射孔阵。
6.根据权利要求1所述的双极化波导缝隙阵列天线，其特征在于，所述辐射孔阵包括以2×2的阵列形式排列的4个辐射通孔。
CN202311153127.2A 2023-09-08 2023-09-08 应用于q、v波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线 Active CN116885445B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311153127.2A CN116885445B (zh) 2023-09-08 2023-09-08 应用于q、v波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311153127.2A CN116885445B (zh) 2023-09-08 2023-09-08 应用于q、v波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116885445A CN116885445A (zh) 2023-10-13
CN116885445B true CN116885445B (zh) 2023-11-28

Family

ID=88268466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311153127.2A Active CN116885445B (zh) 2023-09-08 2023-09-08 应用于q、v波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116885445B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108550981A (zh) * 2018-04-03 2018-09-18 北京理工大学 工作于tm210谐振模式的w波段双极化缝隙天线及馈电网络
CN112436295A (zh) * 2021-01-28 2021-03-02 南京理工大学 基于脊间隙波导的毫米波高增益高辐射效率槽天线阵列
CN112713390A (zh) * 2020-12-22 2021-04-27 东南大学 一种平面双极化天线
CN115377703A (zh) * 2022-10-21 2022-11-22 盛纬伦(深圳)通信技术有限公司 一种k波段多层馈电的单脉冲阵列天线

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108550981A (zh) * 2018-04-03 2018-09-18 北京理工大学 工作于tm210谐振模式的w波段双极化缝隙天线及馈电网络
CN112713390A (zh) * 2020-12-22 2021-04-27 东南大学 一种平面双极化天线
CN112436295A (zh) * 2021-01-28 2021-03-02 南京理工大学 基于脊间隙波导的毫米波高增益高辐射效率槽天线阵列
CN115377703A (zh) * 2022-10-21 2022-11-22 盛纬伦(深圳)通信技术有限公司 一种k波段多层馈电的单脉冲阵列天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN116885445A (zh) 2023-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108987911B (zh) 一种基于siw的毫米波波束赋形微带阵列天线及设计方法
US6246377B1 (en) Antenna comprising two separate wideband notch regions on one coplanar substrate
US6292153B1 (en) Antenna comprising two wideband notch regions on one coplanar substrate
CN110380218B (zh) 一种圆极化平面基片集成磁电偶极子天线及其阵列
CN112436294B (zh) 具有高隔离度和低剖面的毫米波双频双极化共口径天线
Topak et al. Compact topside millimeter-wave waveguide-to-microstrip transitions
CN108511924B (zh) 一种用于毫米波通信系统的宽带端射天线阵列
CN114709628B (zh) 一种基于间隙波导技术的w波段阵列天线
CN115377703B (zh) 一种k波段多层馈电的单脉冲阵列天线
CN112768947A (zh) 一种Ka频段的单馈点圆极化天线
Adamiuk et al. Dual-orthogonal polarized vivaldi antenna for ultra wideband applications
CN114883785A (zh) 一种薄型双极化超宽带宽角扫描阵列天线
CN213845512U (zh) 基于人工磁导体的宽带圆极化天线
CN116247428B (zh) 一种毫米波阵列天线
CN109904604B (zh) 一种天线
Upadhyay et al. Design of microstrip patch antenna array for WLAN application
CN116885445B (zh) 应用于q、v波段卫星通信的双极化波导缝隙阵列天线
CN116404414A (zh) 一种结构复用的微波/毫米波双频宽带共口径天线
CN116111334A (zh) 一种新型车载毫米波雷达梳状天线
CN113571902B (zh) 基于双频漏波结构的相控阵天线
Hehenberger et al. A 77-GHz FMCW MIMO radar employing a non-uniform 2D antenna array and substrate integrated waveguides
CN209766654U (zh) 一种圆极化微带平板天线
Dai et al. A dual-polarized wide-angle scanning antenna with high isolation for Van Atta applications
CN107369910B (zh) 基于方向图分集的微带天线以及相应的天线阵列
CN221080357U (zh) 一种小型宽带双极化天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant