CN117154407B - 一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列，Ku/Ka双频双极化共口径天线单元其包括一个Ku双极化天线单元、四个Ka水平极化天线单元、屏蔽金属边框和屏蔽金属化通孔；四个Ka水平极化天线单元依次设置在Ku双极化天线单元的四周，且均与Ku双极化天线单元相邻；Ku双极化天线单元和四个Ka水平极化天线单元设置在屏蔽金属边框的内部；在垂直于Ku/Ka双频双极化共口径天线单元所在平面方向上依次层叠设置的介质基板和金属层；屏蔽金属化通孔贯穿屏蔽金属边框及下方所有金属层和介质基板。本发明具有双频双极化工作的特性，天线尺寸小、结构紧凑、可加工性好、加工成本低，可实现天线阵列大角度扫描。

Description

一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，特别是一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列。

背景技术

毫米波相控阵天线技术的快速发展，使得总体系统对天线性能的要求越来越高，多个频段、多种极化方式的天线同时工作在同一空间，是其必然的发展趋势，但这无疑会急剧增加天线及天线阵列的设计难度。在有限的空间中实现不同频段、不同功能、不同馈电设备的多种阵列天线，会产生电磁兼容问题，甚至影响其他部件的正常运转。因此，如何减少天线数量以及提高天线系统的空间利用率成为了关键性问题。在这种情况下，共口径天线的提出对解决上述问题提供了良好的突破口。

如何将毫米波应用中使用较多的Ku和Ka两种频段的阵列天线同时实现在同一口径下是目前的研究方向和设计难点，在此基础上再实现Ku双极化方式工作无疑是更大的挑战。这是因为Ka频段与Ku频段的倍频程有交集，因此通常Ku天线单元周围需要布置是其数量四倍的Ka天线单元，且双极化的Ku天线会比单极化的天线需要更大的尺寸，这都会导致共口径的Ku/Ka双频双极化天线单元占据更大的空间，宽频段、辐射性能良好及大角度扫描的额外要求势必会加剧其实现难度。

因此设计小型化、结构紧凑、宽频段工作、可以大角度扫描同时辐射性能良好的双频双极化共口径天线单元及天线阵列是亟待攻克的一项重要关键技术难关。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列。

本发明公开了一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其包括一个Ku双极化天线单元、四个Ka水平极化天线单元、屏蔽金属边框和屏蔽金属化通孔；四个Ka水平极化天线单元依次设置在Ku双极化天线单元的四周，且均与Ku双极化天线单元相邻；Ku双极化天线单元和四个Ka水平极化天线单元设置在屏蔽金属边框的内部；在垂直于Ku/Ka双频双极化共口径天线单元所在平面方向上依次层叠设置的四个介质基板；分别是第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板；第一介质基板和第二介质基板的上方均设置有金属层，且第三介质基板的上方和下方均设置有金属层；第四介质基板的下方设置有金属层；屏蔽金属化通孔贯穿屏蔽金属边框及下方所有金属层和介质基板。

进一步地，所述第四介质基板的下方的金属层中的金属焊盘与连接器连接；每个介质基板与其相邻的金属层层叠设置；每个所述Ku/Ka双频双极化共口径天线单元共有6个馈电端口，即每个Ku双极化天线单元共有两个馈电端口，分别是Ku双极化天线单元垂直极化馈电端口和Ku双极化天线单元水平极化馈电端口；每个Ka水平极化天线单元共有1个Ka水平极化天线单元馈电端口。

进一步地，位于所述第一介质基板之上的金属层包括Ka水平极化天线单元寄生贴片和Ku双极化天线单元寄生贴片；位于所述第二介质基板之上的金属层包括Ka水平极化天线单元辐射贴片和屏蔽金属边框；位于所述第三介质基板之上的金属层包括两个正交放置的“H”型耦合缝隙以及金属层反射板；位于所述第三介质基板之下的金属层包括为Ku双极化天线单元馈电的金属带状线；位于所述第四介质基板之下的金属层包括馈电带状线的下层金属地和为天线单元馈电的金属焊盘。

进一步地，所述两个正交放置的“H”型耦合缝隙用于Ku双极化天线单元辐射，金属层反射板用于Ka水平极化天线单元与辐射体之间的反射；连接器与金属焊盘弹性接触，以实现射频信号的传输。

进一步地，所述Ku双极化天线单元为缝隙耦合馈电天线，其包括两个正交放置的“H”型耦合缝隙；两个正交放置的“H”型耦合缝隙分别偏离Ku双极化天线单元的物理中心，向上和向下移动，以提高Ku双极化天线单元的水平极化端口和垂直极化端口之间的隔离度；位于所述第三介质基板之下的金属层中的馈电带状线为垂直极化和水平极化的带线；垂直极化的馈电带状线为一分二的金属带线，结合Ku双极化天线单元的“十”字形寄生贴片，实现天线单元的宽带匹配。

进一步地，所述连接器与金属焊盘接触后，再经过馈电金属化通孔，将输入信号传递至Ku/Ka双频双极化共口径天线单元内部的馈电结构。

进一步地，所述Ka水平极化天线单元的辐射贴片的外侧边缘设置穿过位于第二介质基板之上的金属层的金属化通孔；所述金属化通孔贯穿第二介质基板到第四介质基板。

进一步地，所述Ka水平极化天线单元为磁电偶极子天线，Ka水平极化天线单元的辐射贴片的长宽尺寸仅2.3mm×1.3mm，相当于其工作频段的中心频点对应波长的0.27倍和0.15倍，远小于0.5倍波长；将每个Ka水平极化天线单元的一整块寄生贴片分裂后形成多个寄生贴片，结合不同寄生贴片之间的缝隙产生的电容特性，实现小型化Ka水平极化天线单元的宽带匹配设计。

本发明还公开了一种Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列，其包括多个在同一平面内阵列设置的如上述任一项所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元；多个所述Ku/Ka双频双极化共口径天线单元构成了Ku双线极化天线单元与Ka水平极化天线单元数量比为1比4的共口径均匀天线阵列；所述Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列通过修改Ka水平极化天线单元内部的馈电方式，在不改变天线阵列周期性馈电结构布局的同时，将Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列中的Ka均匀阵列转换为Ka稀疏阵列。

进一步地，若所述Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列的规模为，则其共有个Ka水平极化天线单元馈电端口；所述Ka均匀阵列按照25％稀疏率转换得到的Ka稀疏阵列的规模为/>，且Ka稀疏阵列共有/>个Ka水平极化天线单元馈电端口；

Ka稀疏阵列中实际参与辐射的Ka水平极化天线单元的数量为个，且其为非周期性的稀疏阵列方式布置；而Ka水平极化天线单元馈电端口的位置为周期性分布，以实现周期性的天线馈电端口与非周期性布置的天线单元的信号的连接。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：天线单元具有双频双极化工作的特性，天线尺寸小、结构紧凑、可加工性好、加工成本低，利用该天线单元可以缩小组成阵列天线后的天线单元间距，实现天线阵列大角度扫描工作，且辐射性能良好，该天线单元组成的天线阵列还可以通过适当修改Ka水平极化天线单元内部的馈电方式，在不改变天线阵列周期性馈电结构布局的同时，轻松的、灵活的实现将Ka均匀阵列按照一定的稀疏比例转换为Ka稀疏阵列的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列示意图

图2为一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元示意图；

图3为基本单元天线叠层示意图；

图4为基本单元天线叠层详细示意图；

图5为一种天线单元局部叠层示意图；

图6为又一种天线单元局部叠层示意图；

图7(a)为一种Ka稀疏阵列示意图；

图7(b)为图7(a)中馈电端口的分布示意图；

图8为Ku双极化天线单元S参数仿真曲线；

图9为Ka水平极化天线单元S参数仿真曲线；

图10为一种天线阵列Ku频段水平极化扫描方向图

图11为又一种天线阵列Ku频段水平极化扫描方向图；

图12为一种天线阵列Ku频段垂直极化扫描方向图；

图13为又一种天线阵列Ku频段垂直极化扫描方向图；

图14为一种天线阵列Ka频段扫描方向图

图15为又一种天线阵列Ka频段扫描方向图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。

参见图1，本发明提供了一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列的实施例，其包括呈现的多个阵列设置的Ku/Ka双频双极化共口径基本单元天线1。参见图2，本发明提供了一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元的实施例，具体地，基本单元天线1包括一个双线极化工作的Ku双极化天线单元2、四个水平极化工作的Ka水平极化天线单元3以及沿着基本单元1内侧边缘附近的一圈屏蔽金属边框4和屏蔽金属化通孔5。基本单元天线1指的是Ku/Ka双频双极化共口径天线单元。

为了实现阵列天线大角度扫描（实现大角度扫描可以扩大扫描范围，追踪和定位范围更广），可以通过减小天线阵列单元间距实现，但这会压缩天线单元的物理尺寸并增大单元间的互耦，本实施例的小型化天线单元可以较好的解决上述问题。目前宽频段工作的双极化Ku天线单元基本都在9mm×9mm（Ku天线工作频段中心频点对应的半波长是9.4mm）的尺寸以上，且天线阵列基本只能满足扫描到±45°以内，想要在该尺寸内再加入Ka水平极化天线单元并且保证组阵后Ku双极化天线单元、Ka水平极化天线单元都能具有良好的电路性能和辐射性能就更加的困难。本实施例中的基本单元1涵盖了一个Ku双线极化天线单元和四个Ka水平极化天线单元，双频双极化共口径天线单元长宽尺寸仅为8.3mm×8.3mm，具有结构紧凑、小型化等优势。为确保基本单元1组成天线阵列后具有良好电路和辐射性能，在该长宽尺寸的范围内还包含屏蔽金属边框4和屏蔽金属化通孔5，以减小组阵后基本单元间的互耦。本实施例的小尺寸基本单元天线可以缩小组阵后的单元间距，使得双线极化的Ku天线阵列和Ka天线阵列都可以实现至少±60°的大角度扫描，并且利用其小尺寸的优势可以在相同口径下布置更多的基本单元天线，增加阵列通道数量，提升阵列天线性能。

单独实现天线的多频段、宽频带、双极化、小型化、共口径等特性设计中的一种时，其实现方式有很多，例如双极化天线可以通过正交偶极子天线或者是缝隙耦合天线等其他形来实现，但不同实现方式具有不同的优缺点，例如偶极子天线可以轻松实现宽频带，但需要足够的横向和纵向空间尺寸等，再如缝隙耦合天线可以实现低剖面设计，但是其宽带匹配比较难实现。在保证天线性能前提下，本实施例同时实现了双频段、宽频带、双极化、小型化、共口径等特性，弥补了部分天线形式的缺点，并结合其自身的优点和设计的屏蔽结构等实现；具体实现方式是，首先实现了宽频工作的小尺寸的Ku双线极化天线单元设计及水平极化的Ka天线单元的小型化设计，该设计可以适当减小Ka水平极化天线单元与Ku双极化天线单元共口径后产生的相互影响，其次对Ku双极化天线单元、Ka水平极化天线单元共口径组合后进行了去耦设计，同时为了避免组阵后基本单元天线间的互耦影响并确保组成天线阵列后基本单元电路性能和辐射性能的稳定性，在基本单元天线有限的空间内添加了边缘屏蔽结构并设计实现了添加屏蔽结构后不会恶化天线单元的匹配，最后对双频双极化共口径天线单元整体进行宽带匹配优化并完成最终设计。从上述可知，要实现小型化的双频双极化共口径天线单元是非常复杂和困难的。本实施例通过设计的小尺寸Ku双极化天线单元和小型化Ka水平极化天线单元结合Ku双极化天线单元和Ka水平极化天线单元间去耦设计及基本单元天线对外屏蔽设计等实现了一种小型化Ku/Ka双频双极化共口径天线单元和基于该单元实现的天线阵列。

为了降低加工难度、节约材料成本和加工成本，需要天线具有更少的介质基板层数。宽频工作的Ku双极化天线设计基本都需要通过至少四层介质基板才能实现（包括用于提供馈电功能的下方两层介质基板和用于实现辐射作用的上方两层介质基板），而增加共面且宽频工作的Ka频段天线单元后天线的介质基板层数一般需要加至5~6层以上才能实现。图3和图4展示出了本实施例天线单元仅由四层介质基板就实现了小型化、宽频带的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元的设计，并且涵盖了四个Ka水平极化天线单元和一个Ku双极化天线单元，这大大降低了天线的加工难度，并且节约了材料成本和加工成本，实际生产应用价值高。其实现方式通过巧妙的调整了天线单元上方两层辐射层的第一介质基板11和第二介质基板12的厚度，相当于改变了相应介质表面金属层的纵向高度，既实现了Ka磁电偶极子的纵向高度要求，同时通过设计的“十”字形Ku双极化天线单元寄生贴片21结合Ku双极化天线单元馈电带状线24中一分二形式的金属带线，也实现了改变介质厚度后的Ku双极化天线单元的匹配，最终实现了不需要增加介质基板层数量的双频双极化共口径天线单元。

第四介质基板的下方的金属层中的金属焊盘与连接器连接；每个介质基板与其相邻的金属层层叠设置；每个Ku/Ka双频双极化共口径天线单元共有6个馈电端口，即每个Ku双极化天线单元共有两个馈电端口，分别是Ku双极化天线单元垂直极化馈电端口和Ku双极化天线单元水平极化馈电端口；每个Ka水平极化天线单元共有1个Ka水平极化天线单元馈电端口。

图3和图4还展示出了基本单元天线1的叠层中共有五层金属层，从顶部到底部依次为L01金属层15、L03金属层16、L05金属层17、L06金属层18、L08金属层19。L01金属层15涵盖了Ka水平极化天线单元寄生贴片20和Ku双极化天线单元寄生贴片21。L03金属层16涵盖了Ka水平极化天线单元的辐射贴片22和屏蔽金属边框4。L05金属层17涵盖了Ku双极化天线单元用于辐射的两个正交放置的“H”型耦合缝隙23和Ka水平极化天线单元用于与辐射体进行反射的金属层反射板。L06金属层18涵盖了用于实现给Ku双极化天线单元馈电带状线24的金属带线。L08金属层19涵盖了馈电带状线的下层金属地和用于给天线单元进行馈电的金属焊盘25。天线通过金属载板上的毛纽扣连接器10与天线中金属焊盘25弹性接触实现射频信号的连接，该方式有益于避免连接器破坏天线内部结构环境及对天线单元性能的影响，同时省去了传统同轴探针点焊的工作量，避免了点焊导致的天线电路性能不一致性，天线的装配仅需通过与其金属载板进行一次焊接即可，大大简化了天线的装配工艺，这也是该天线在装配工艺方面具有的一种有益效果。

Ku双极化天线单元2为缝隙耦合馈电天线。图5展示出了本实施例通过将两个正交放置的“H”型耦合缝隙分别偏离天线物理中心向上和向下移动一定距离后，实现了提高Ku双极化天线单元水平极化端口和垂直极化端口间隔离度的作用，通过将Ku单元馈电带状线24中垂直极化的带线设计成一分二的金属带线形式结合其“十”字形Ku双极化天线单元寄生贴片21实现了该天线的宽带匹配。如图8所示，Ku双极化天线单元2的工作带宽大于3.2GHz（S11≤-10dB），其相对带宽为20％，具有良好的宽带特性，并且其水平极化和垂直极化端口间隔离度大于30dB。

Ka水平极化天线单元3为磁电偶极子天线。偶极子天线的尺寸一般为半（0.5倍）波长左右，本实施例中Ka水平极化天线单元3辐射贴片的长宽尺寸仅为2.3mm×1.3mm，约为其工作频段中心频点对应波长的0.27倍和0.15倍，远小于半波长，具有小型化天线的特点。本实施例通过将常规整块方形寄生贴片分裂成四块小方形Ka水平极化天线单元寄生贴片20，结合该分裂贴片缝隙间产生的电容特性实现了小型化Ka水平极化天线单元3的宽带匹配设计，从图9可知其工作带宽大于6GHz（S11≤-10dB），具有宽频段工作的特点。

小尺寸的Ka水平极化天线单元3更便于与Ku双极化天线单元2实现4:1的共口径设计，这相当于拉远了与Ku双极化天线单元2的距离，减小了他们之间的互相影响。图6中所示为L03金属层16和第二介质基板12层叠在一起的俯视图，图中Ka水平极化天线单元3的辐射贴片22的外侧边缘有穿过L05金属层17中金属反射板表面的金属化通孔26，本实施例通过金属化通孔26减少了每个基本单元天线1中Ka水平极化天线单元3与Ku双极化天线单元2之间的耦合作用，从而实现了一个Ku双极化天线单元和四个Ka水平极化天线单元的共口径设计。

本实施例通过位于L03金属层16上的屏蔽金属边框4及贯穿第二介质基板到第四介质基板的屏蔽金属化通孔5，减少了天线阵列中不同基本单元天线1之间的耦合作用，保证了基本单元天线1组阵后的天线单元端口电压驻波比性能不受影响，同时提高了阵列中单元天线方向图和阵列天线大角度扫描时方向图的稳定性（不会因为天线单元间耦合过大，而导致方向图畸变）。

通常为了实现天线单元间的屏蔽效果，天线单元屏蔽金属边框通常被设计放置在天线最上层寄生贴片的外围，但这会严重影响天线单元的匹配，对于实现在小尺寸条件下的双频双极化共口径天线单元则更加困难，因此很多单元设计都取消了屏蔽边框（会一定程度导致单元间互耦加强），或者占用更大的空间来外扩边金属边框以减小金属边框对匹配的影响，这无疑会牺牲天线的性能。本实施例中屏蔽金属边框设计于第二层介质基板的上表面，该设计有益于在保证天线匹配的前提下，结合设计的屏蔽金属化通孔5和Ka水平极化天线单元3辐射外导体外侧边缘的金属化通孔26仍然可以保证基本天线单元间的屏蔽作用。

参见图1，本发明提供了一种Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列的实施例，其包括上述实施例的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，多个Ku/Ka双频双极化共口径天线单元构成了Ku双线极化天线单元与Ka水平极化天线单元数量比为1比4的共口径均匀天线阵列；Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列（参见图1）通过修改Ka水平极化天线单元内部的馈电方式，在不改变天线阵列周期性馈电结构布局的同时，将Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列中的Ka均匀阵列转换为Ka稀疏阵列。若Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列的规模为，则其共有/>个Ka水平极化天线单元馈电端口；Ka均匀阵列按照25％稀疏率转换得到的Ka稀疏阵列的规模为/>，且Ka稀疏阵列共有/>个Ka水平极化天线单元馈电端口；

Ka稀疏阵列中实际参与辐射的Ka水平极化天线单元的数量为个，且其为非周期性的稀疏阵列方式布置；而Ka水平极化天线单元馈电端口的位置为周期性分布，以实现周期性的天线馈电端口与非周期性布置的天线单元的信号的连接。

本实施例的天线阵列还可以通过适当修改Ka水平极化天线单元内部的馈电方式，在不改变天线阵列周期性馈电结构布局的同时，轻松的、灵活的实现将Ka均匀阵列按照一定的稀疏比例转换为Ka稀疏阵列的功能，稀疏阵列天线可以提高天线口径利用率、提高空间分辨率同时可以减小模块的通道数量从而降低生产成本。

图7(a)展示了一种将基本单元天线1结合镜像、旋转放置后的一种2×2阵列布局示意图，图7(b)展示了Ku双极化天线单元垂直极化馈电端口6、Ku双极化天线单元水平极化馈电端口7和Ka水平极化天线单元馈电端口8的位置，图中黑色填充图形为位于L06金属层18表面的带状线的金属带线。天线工作时是通过毛纽扣组合连接器10与天线最底层馈电焊盘接触后再经过金属化通孔将输入信号传递至天线内部馈电结构实现的。图7展示了Ka水平极化天线单元馈电端口8转接至实际辐射的Ka水平极化天线单元9的两种方式，表现出了Ka水平极化天线单元既可以实现从馈电端口位置处直接通过金属化通孔进行馈电，也可以实现从其他馈电端口经过带状线转接至需要辐射的天线单元处进行馈电激励并辐射的特点，实现转接馈电功能仅需通过增加馈电带状线并适当调整个别屏蔽金属化通孔5的位置或者进行适当的删除即可，该馈电方式对单元间的电路性能和辐射性能基本无影响。

图7(a)和图7(b)体现了可以通过适当修改Ka水平极化天线单元内部馈电方式，实现将4×4的Ka均匀天线阵列转换成Ka稀疏阵列，稀疏后保留的四分之一数量的Ka水平极化天线单元通过馈电端口激励并进行辐射，稀疏后的Ka水平极化天线单元馈电端口8的数量和稀疏后实际参与辐射的Ka水平极化天线单元9的数量都为4个，其中，Ka水平极化天线单元9为非周期性的稀疏阵列方式布置，而其天线单元馈电端口8的位置呈现为周期性结构布局，该实施例可以实现周期性的天线馈电端口布局与非周期性布置的天线单元信号的连接，确保了与天线馈电端口连接的其他器件的端口结构布局的周期性，大大减小了相应连接器件的设计种类和设计压力。综上所述，该天线阵列能够实现在不改变天线阵列周期性馈电结构布局的同时，轻松的、灵活的将Ka均匀阵列转换成Ka稀疏阵列。

基于基本单元天线1组成的6×6的Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列（均匀阵列）如图1所示，通过仿真得到其Ku频段天线阵列的方向图如图10至图13所示，其Ka频段天线阵列的方向图如图14和图15所示。图10至图15展示出了Phi剖面分别为0°和90°时该天线阵列Ku频段和Ka频段的扫描方向图，由图可知天线阵列都具有至少±60°的大角度扫描特性，且辐射性能良好。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其特征在于，包括一个Ku双极化天线单元、四个Ka水平极化天线单元、屏蔽金属边框和屏蔽金属化通孔；四个Ka水平极化天线单元依次设置在Ku双极化天线单元的四周，且均与Ku双极化天线单元相邻；Ku双极化天线单元和四个Ka水平极化天线单元设置在屏蔽金属边框的内部；在垂直于Ku/Ka双频双极化共口径天线单元所在平面方向上依次层叠设置的四个介质基板；分别是第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板；第一介质基板和第二介质基板的上方均设置有金属层，且第三介质基板的上方和下方均设置有金属层；第四介质基板的下方设置有金属层；屏蔽金属化通孔贯穿屏蔽金属边框及下方所有金属层和介质基板；

位于所述第一介质基板之上的金属层包括Ka水平极化天线单元寄生贴片和Ku双极化天线单元寄生贴片；位于所述第二介质基板之上的金属层包括Ka水平极化天线单元辐射贴片和屏蔽金属边框；位于所述第三介质基板之上的金属层包括两个正交放置的“H”型耦合缝隙以及金属层反射板；位于所述第三介质基板之下的金属层包括为Ku双极化天线单元馈电的金属带状线；位于所述第四介质基板之下的金属层包括馈电带状线的下层金属地和为天线单元馈电的金属焊盘；

将每个Ka水平极化天线单元的一整块寄生贴片分裂后形成多个寄生贴片，结合不同寄生贴片之间的缝隙产生的电容特性，实现小型化Ka水平极化天线单元的宽带匹配设计。

2.根据权利要求1所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其特征在于，所述第四介质基板的下方的金属层中的金属焊盘与连接器连接；每个介质基板与其相邻的金属层层叠设置；每个所述Ku/Ka双频双极化共口径天线单元共有6个馈电端口，即每个Ku双极化天线单元共有两个馈电端口，分别是Ku双极化天线单元垂直极化馈电端口和Ku双极化天线单元水平极化馈电端口；每个Ka水平极化天线单元共有1个Ka水平极化天线单元馈电端口。

3.根据权利要求1所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其特征在于，所述两个正交放置的“H”型耦合缝隙用于Ku双极化天线单元辐射，金属层反射板用于Ka水平极化天线单元与辐射体之间的反射；连接器与金属焊盘弹性接触，以实现射频信号的传输。

4.根据权利要求1所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其特征在于，所述Ku双极化天线单元为缝隙耦合馈电天线，其包括两个正交放置的“H”型耦合缝隙；两个正交放置的“H”型耦合缝隙分别偏离Ku双极化天线单元的物理中心，向上和向下移动，以提高Ku双极化天线单元的水平极化端口和垂直极化端口之间的隔离度；位于所述第三介质基板之下的金属层中的馈电带状线为垂直极化和水平极化的带线；垂直极化的馈电带状线为一分二的金属带线，结合Ku双极化天线单元的“十”字形寄生贴片，实现天线单元的宽带匹配。

5.根据权利要求3所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其特征在于，所述连接器与金属焊盘接触后，再经过馈电金属化通孔，将输入信号传递至Ku/Ka双频双极化共口径天线单元内部的馈电结构。

6.根据权利要求2所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其特征在于，所述Ka水平极化天线单元的辐射贴片的外侧边缘设置穿过位于第二介质基板之上的金属层的金属化通孔；所述金属化通孔贯穿第二介质基板到第四介质基板。

7.根据权利要求1所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元，其特征在于，所述Ka水平极化天线单元为磁电偶极子天线，Ka水平极化天线单元的辐射贴片的长宽尺寸仅2.3mm×1.3mm，相当于其工作频段的中心频点对应波长的0.27倍和0.15倍，远小于0.5倍波长。

8.一种Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列，其特征在于，包括多个在同一平面内阵列设置的如权利要求1-7任一项所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线单元；多个所述Ku/Ka双频双极化共口径天线单元构成了Ku双线极化天线单元与Ka水平极化天线单元数量比为1比4的共口径均匀天线阵列；所述Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列通过修改Ka水平极化天线单元内部的馈电方式，在不改变天线阵列周期性馈电结构布局的同时，将Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列中的Ka均匀阵列转换为Ka稀疏阵列。

9.根据权利要求8所述的Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列，其特征在于，若所述Ku/Ka双频双极化共口径天线阵列的规模为，则其共有/>个Ka水平极化天线单元馈电端口；所述Ka均匀阵列按照25％稀疏率转换得到的Ka稀疏阵列的规模为/>，且Ka稀疏阵列共有/>个Ka水平极化天线单元馈电端口；

Ka稀疏阵列中实际参与辐射的Ka水平极化天线单元的数量为个，且其为非周期性的稀疏阵列方式布置；而Ka水平极化天线单元馈电端口的位置为周期性分布，以实现周期性的天线馈电端口与非周期性布置的天线单元的信号的连接。