CN117317619B - 一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，涉及5G天线技术领域，具体包括若干个天线贴片单元和TR通道，天线贴片单元上分布有四个馈点，第一馈电点和第二馈电点对应‑45°极化波束，经TR通道处理后，使得第一射频信号和第二射频信号之间产生180°相位差，再经过合路形成了交叉极化分量抵消后的‑45°极化波束，第三馈电点和第四馈电点对应+45°极化波束，经TR通道处理后，使得第三射频信号和第四射频信号之间产生180°相位差，再经过合路形成了交叉极化分量抵消后的+45°极化波束，本发明通过增加的两个馈电点使得两个极化波束各自抵消了交叉极化分量，提升了交叉极化隔离度，并兼具了通道隔离度。
Description
技术领域
本发明属于5G天线技术领域，特别是毫米波相控阵天线技术领域，具体涉及一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线。
背景技术
在5G应用建设的下半场，目前的商用大部分采用Sub-6 GHz的5G频带，需要加强与推进5G毫米波频带的商用。5G毫米波相较于Sub-6 GHz而言拥有的频带更宽，从而可以让用户拥有更快（5Gbps乃至10Gbps）的速率。除了速率以外，5G毫米波拥有更低的时延且其高频特性能够使天线阵面更加小巧，在此发展机遇下，对产品更高集成度、更小型化的实现研究将是5G天线厂商面临的一个巨大挑战，即如何提出一种可行的相控阵天线架构设计，是5G毫米波相控阵天线设计工作的重中之重，也是急需攻克的难点内容。
为了达到更高集成度、更小型化的设计目标，对于5G毫米波相控阵天线就有了更低剖面的设计要求。由于5G毫米波天线的基站天线属性，当电磁波在接近地面传播时，水平极化波会在地面产生感应电流引起热损耗导致信号快速衰减，而垂直极化波则不然，这导致水平和垂直极化分量的大小存在不平衡，因此为了使得双极化波束有良好的分集接收效果，对天线波束的要求为±45°线极化。此外为了达到良好的波束隔离效果，同时两波束不产生交叉极化干扰，则要求天线阵面拥有至少大于30dB的交叉极化隔离度，为了通道之间收发互不干扰，则要求两个波束之间达到良好的通道隔离度。由此可见，5G毫米波相控阵天线需至少满足下述四点设计指标要求：1、低剖面和高集成度；2、±45°线极化双波束；3、高交叉极化隔离度；4、波束之间高通道隔离度。
对于双极化而言，如图1至2所示，现阶段常见的微带天线馈电方式包括微带双馈直馈天线和微带馈缝天线。传统的微带双馈直馈天线，通过直馈方式实现芯片端口与双极化天线贴片之间的馈电传递，其能够实现较低的剖面厚度，易于集成，但是无法完全抵消±45°极化的交叉极化分量，从而导致交叉极化隔离度较低，约为30dB上下，其次，由于两个极化波束的馈口在同层馈电，波束间的通道隔离度只能达到约15dB上下，从而造成收发通道干扰，可能造成接收器件的烧毁。传统的微带馈缝天线，通过馈缝耦合，实现芯片端口与双极化天线贴片之间的馈电传递，其拥有适中的剖面厚度，叠层结构相比微带双馈直馈天线而言稍显复杂，集成难度稍大，在双波束为水平和垂直极化方式时，可以拥有较好的交叉极化隔离度，约为55dB+，通道隔离度也可以达到25dB左右。然而由于馈缝天线是通过耦合来辐射能量的，当双波束设计为±45°极化时，交叉极化隔离度会迅速恶化至25dB，可见，无法满足上述5G毫米波相控阵天线的设计指标要求。
综上所述，基于±45°线极化，一种改进的5G毫米波相控阵天线架构亟待提出，以期能够对上述设计指标中的一项或多项进行改善，并兼顾其他设计指标。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，用以解决在±45°双极化设计要求下，现有微带天线馈电方式在改善剖面高度、集成度、交叉极化隔离度和波束之间通道隔离度时所存在的一项或多项欠缺。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，包括若干个±45°双极化的天线贴片单元和TR通道；各个天线贴片单元通过走线与各个TR通道一一对应直连，各个TR通道还用于与各个幅相控制网络一一对应连接，所述天线贴片单元上分布有第一馈电点、第二馈电点、第三馈电点和第四馈电点；
射频接收时，TR通道用于对自身对应的天线贴片单元上分布的第一馈电点接收到的-45°极化波束进行处理后得到第一射频信号，以及对自身对应的天线贴片单元上分布的第二馈电点接收到的-45°极化波束进行处理后得到第二射频信号，并将第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束，且第一射频信号与第二射频信号之间具有180°相位差；TR通道还用于对该天线贴片单元上分布的第三馈电点接收到的+45°极化波束进行处理后得到第三射频信号，以及对该天线贴片单元上分布的第四馈电点接收到的+45°极化波束进行处理后得到第四射频信号，并将第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束，且第三射频信号与第四射频信号之间具有180°相位差；+45°极化波束和-45°极化波束用于输出至对应的幅相控制网络；
其中，所述TR通道为多通道芯片，或所述TR通道包括多功能TR芯片、瓦式堆叠时相互独立的第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络。
进一步改进地，所述多通道芯片包括第一个射频移相单元、第二个射频移相单元、第三个射频移相单元和第四个射频移相单元；多通道芯片自身对应的天线贴片单元上的第一馈电点通过走线与多通道芯片内的第一个射频移相单元的第一端直连，该天线贴片单元上的第二馈电点通过走线与多通道芯片内的第二个射频移相单元的第一端直连，该天线贴片单元上的第三馈电点通过走线与多通道芯片内的第三个射频移相单元的第一端直连，该天线贴片单元上的第四馈电点通过走线与多通道芯片内的第四个射频移相单元的第一端直连，第一个射频移相单元的第二端和第二个射频移相单元的第二端经合路后用于与幅相控制网络连接，第三个射频移相单元的第二端和第四个射频移相单元的第二端经合路后用于与幅相控制网络连接；
射频接收时，天线贴片单元上第一馈电点接收到的-45°极化波束经第一个射频移相单元处理后得到第一射频信号，该天线贴片单元上第二馈电点接收到的-45°极化波束经第二个射频移相单元处理后得到第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号之间具有180°相位差，第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束；
射频接收时，天线贴片单元上第三馈电点接收到的+45°极化波束经第三个射频移相单元处理后得到第三射频信号，天线贴片单元上第四馈电点接收到的+45°极化波束经第四个射频移相单元处理后得到第四射频信号，第三射频信号和第四射频信号之间具有180°相位差，第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束。
进一步改进地，所述TR通道包括多功能TR芯片、瓦式堆叠时相互独立的第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络时，多功能TR芯片包括第一射频通道和第二射频通道，第一180°相位差合成网络包括第一移相通道和第二移相通道，第二180°相位差合成网络包括第三移相通道和第四移相通道；所述第一180°相位差合成网络内第一移相通道的第一端通过走线与自身对应的天线贴片单元的第一馈电点直连，第一180°相位差合成网络内第二移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第二馈电点直连，该第一移相通道的第二端和该第二移相通道的第二端经合路后和所述多功能TR芯片内第一射频通道的第一端连接，所述多功能TR芯片内第一射频通道的第二端用于与幅相控制网络连接；所述第二180°相位差合成网络内第三移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第三馈电点直连，第二180°相位差合成网络内第四移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第四馈电点直连，该第三移相通道的第二端和该第四移相通道的第二端经合路后和多功能TR芯片内第二射频通道的第一端连接，多功能TR芯片内第二射频通道的第二端用于与幅相控制网络连接；
射频接收时，第一馈电点接收的-45°极化波束经第一180°相位差合成网络内第一移相通道后得到第一射频信号，第二馈电点接收的-45°极化波束经第一180°相位差合成网络内第二移相通道后得到第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号之间具有180°相位差，第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束，且-45°极化波束用于经多功能TR芯片内第一射频通道后输出至幅相控制网络；
射频接收时，第三馈电点接收的+45°极化波束经第二180°相位差合成网络内第三移相通道后得到第三射频信号，第三馈电点接收的+45°极化波束经第二180°相位差合成网络内第四移相通道后得到第四射频信号，第三射频信号和第四射频信号之间具有180°相位差，第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束，且+45°极化波束用于经多功能TR芯片内第二射频通道后输出至幅相控制网络。
进一步改进地，瓦式堆叠时，所述第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络分布在不同层。
进一步改进地，所述第一180°相位差合成网络同层分布有第一接地点，所述第二180°相位差合成网络也同层分布有第二接地点，第一接地点和第二接地点经同一信号隔离孔接地。
进一步改进地，瓦式堆叠时，第一180°相位差合成网络所在的介质层与第二180°相位差合成网络所在的介质层之间设置有金属地板，且第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络对称分布于所述金属地板两侧。
本发明具有的有益效果如下：
（1）相较于传统独立的双波束天线贴片单元仅有两个馈电点而言，本发明采用了四个馈电点，其中第一馈电点和第二馈电点对应-45°极化波束，经TR通道处理后，使得第一射频信号和第二射频信号之间产生180°相位差，再经过合路形成了交叉极化分量抵消后的-45°极化波束，第三馈电点和第四馈电点对应+45°极化波束，经TR通道处理后，使得第三射频信号和第四射频信号之间产生180°相位差，再经过合路形成了交叉极化分量抵消后的+45°极化波束，可见，增加的两个馈电点使得两个极化波束各自抵消了交叉极化分量，提升了±45°双极化相控阵的交叉极化隔离度，为传统微带双馈直馈方式和微带馈缝方式在±45°极化上所无法达成的；
（2）将TR通道设计为高集成度的多通道芯片时，多通道芯片内的射频移相单元在进行TR射频处理同时进行移相，使得第一射频信号和第二射频信号产生180°相位差，而后第一射频信号和第二射频信号合路后形成了交叉极化分量抵消后的-45°极化波束，此外还使得第三射频信号和第四射频信号产生180°相位差，而后第三射频信号和第四射频信号合路后形成了交叉极化分量抵消后的+45°极化波束；与此同时，多通道芯片在保证低剖面、高集成度的同时，利用多通道芯片各个端口具有的固有隔离属性，使得通道间具有了良好的物理隔离，最终本发明实现的±45°双极化相控阵兼顾了高交叉极化隔离度和高通道隔离度，为传统微带双馈直馈方式和微带馈缝方式在±45°极化上所无法达成的；
（3）将TR通道分离设计为多功能TR芯片、瓦式堆叠时相互独立的第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络，在通过多功能TR芯片进行TR射频处理前，首先通过第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络内各个移相通道进行移相，使得第一射频信号和第二射频信号产生180°相位差，第一射频信号和第二射频信号合路后形成了交叉极化分量抵消后的-45°极化波束，而后输出至多功能TR芯片进行TR射频处理，此外还使得第三射频信号和第四射频信号产生180°相位差，第三射频信号和第四射频信号合路后形成了交叉极化分量抵消后的+45°极化波束，而后输出至多功能TR芯片进行TR射频处理；与此同时，通过相互独立的第一180°相位差合成网络、第二180°相位差合成网络以及多功能TR芯片各个端口具有的固有隔离属性，使得通道间具有了良好的物理隔离，最终本发明实现的±45°双极化相控阵兼顾了高交叉极化隔离度和高通道隔离度，为传统微带双馈直馈方式和微带馈缝方式在±45°极化上所无法达成的；虽然此种方式会带来剖面高度的增大，但是通过结合已知的相控阵瓦式叠层设计工艺，使得最终得到的剖面适中，因此也能兼顾剖面指标；
（4）瓦式堆叠时通过将第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络分布在不同层，进一步提升波束之间的通道隔离度；
（5）在做第一180°相位差合成网络到地板的接地隔离设计以及第二180°相位差合成网络到地板的接地隔离设计时，通过共用同一信号隔离孔的方式，大大减少了瓦式叠层设计时的压合次数与难度，从而减小了印制板叠层设计难度以满足板厂的加工极限要求，使得本发明实现的四馈瓦式相控阵天线的可生产性得以提高。
附图说明
图1为背景技术提出的传统微带双馈直馈天线的一种组成示意图；
图2为背景技术提出的传统微带馈缝天线的一种组成示意图；
图3为±45°双极化四馈瓦式相控阵天线的第一种组成框图；
图4为±45°双极化四馈瓦式相控阵天线的第一种组成原理示意图；
图5为±45°双极化四馈瓦式相控阵天线的第二种组成框图；
图6为±45°双极化四馈瓦式相控阵天线的第二种组成原理示意图；
图7为±45°双极化的天线贴片单元的一种结构示意图；
图8为±45°双极化的天线贴片单元的一种天线叠层示意图；
图9为第一180°相位差合成网络的一种结构示意图；
图10为一种瓦式叠层布局示意图；
图11为交叉极化隔离度的仿真结果图；
图12为通道隔离度的仿真结果图；
图中，1、第一层天线板；2、第二层天线板；3、第一金属地板；4、第一180°相位差合成网络；41、第一端口；42、第二端口；43、第三端口；5、第二金属地板；6、第二180°相位差合成网络；7、第三金属地板；8、多功能芯片堆叠层；901、第一信号传输孔；902、第二信号传输孔；903、第三信号传输孔；904、第四信号传输孔；10、信号隔离孔；1101、第一馈电点；1102、第二馈电点；1103、第三馈电点；1104、第四馈电点；12、±45°双极化的天线贴片单元；13、上层天线贴片；14、下层天线贴片；15、天线地；16、第一天线介质层；17、第二天线介质层。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图3至图12，本实施例提供了一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，相控阵天线的中心频率可为5G毫米波频段、Ka频段、Ku频段等。
具体的，±45°双极化四馈瓦式相控阵天线包括阵列排布的若干个±45°双极化的天线贴片单元12、若干个TR通道和若干个用于实现相扫的幅相控制网络，各个天线贴片单元通过走线与各个TR通道一一对应直连（直馈），各个TR通道还与各个幅相控制网络一一对应连接。天线贴片单元上分布有第一馈电点1101、第二馈电点1102、第三馈电点1103和第四馈电点1104。
射频接收时，TR通道用于对自身对应的天线贴片单元上分布的第一馈电点1101接收到的-45°极化波束进行处理后得到第一射频信号，以及对自身对应的天线贴片单元上分布的第二馈电点1102接收到的-45°极化波束进行处理后得到第二射频信号，并将第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束，且第一射频信号与第二射频信号之间具有180°相位差。TR通道还用于对该天线贴片单元上分布的第三馈电点1103接收到的+45°极化波束进行处理后得到第三射频信号，以及对该天线贴片单元上分布的第四馈电点1104接收到的+45°极化波束进行处理后得到第四射频信号，并将第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束，且第三射频信号与第四射频信号之间具有180°相位差。+45°极化波束和-45°极化波束用于输出至对应的幅相控制网络。-45°极化波束经幅相控制网络控幅控相后生成第一波束，+45°极化波束经幅相控制网络控幅控相后生成第二波束。
在一些实施例中，具有四个馈电点的天线贴片单元的具体构造可参考普通实施例中的±45°双极化双馈双波束天线构造方式进行设计。图7至图8示出了具有四个馈电点的天线贴片单元的一种具体设计实例。该设计实例中，天线贴片单元采用双层贴片，包括上层天线贴片13、下层天线贴片14、天线地15、第一天线介质层16和第二天线介质层17，上层天线贴片13、下层天线贴片14的具体构造、第一馈电点1101至第四馈电点1104的具体位置分布本实施例不进行详细描述。
在一些实施例中，如图3所示，TR通道为集成有至少四个射频移相单元的多通道芯片，具体为第一个射频移相单元、第二个射频移相单元、第三个射频移相单元和第四个射频移相单元。多通道芯片自身对应的天线贴片单元上的第一馈电点1101通过走线与多通道芯片内的第一个射频移相单元的第一端直连（直馈），该天线贴片单元上的第二馈电点1102通过走线与多通道芯片内的第二个射频移相单元的第一端直连（直馈），该天线贴片单元上的第三馈电点1103通过走线与多通道芯片内的第三个射频移相单元的第一端直连（直馈），该天线贴片单元上的第四馈电点1104通过走线与多通道芯片内的第四个射频移相单元的第一端直连（直馈），第一个射频移相单元的第二端和第二个射频移相单元的第二端经合路后用于与幅相控制网络连接，第三个射频移相单元的第二端和第四个射频移相单元的第二端经合路后用于与幅相控制网络连接。
射频接收时，天线贴片单元上第一馈电点1101接收到的-45°极化波束经第一个射频移相单元处理后得到第一射频信号，该天线贴片单元上第二馈电点1102接收到的-45°极化波束经第二个射频移相单元处理后得到第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号之间具有180°相位差，第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束；天线贴片单元上第三馈电点1103接收到的+45°极化波束经第三个射频移相单元处理后得到第三射频信号，天线贴片单元上第四馈电点1104接收到的+45°极化波束经第四个射频移相单元处理后得到第四射频信号，第三射频信号和第四射频信号之间具有180°相位差，第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束。
示例性地，图4示出了一种多通道芯片的设计实例，其中，LNA表示为低噪声放大器，DA表示为功率放大器，该多通道芯片的RF1A端口直馈至第一馈电点1101，该多通道芯片的RF4A端口直馈至第二馈电点1102，该多通道芯片的RF1B端口直馈至第三馈电点1103，该多通道芯片的RF4B端口直馈至第四馈电点1104。射频接收时，第一馈电点1101接收到的-45°极化波束输入多通道芯片的RF1A端口，经与多通道芯片的RF1A端口连接的射频移相单元进行TR射频处理和移相处理后生成第一射频信号，第二馈电点1102接收到的-45°极化波束输入多通道芯片的RF4A端口，经与多通道芯片的RF4A端口连接的射频移相单元进行TR射频处理和移相处理后生成第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号经合路后形成交叉极化分量抵消后的-45°极化波束，并由多通道芯片的B1端口输出至幅相控制网络。射频接收时，第三馈电点1103接收到的+45°极化波束输入多通道芯片的RF1B端口，经与多通道芯片的RF1B端口连接的射频移相单元进行TR射频处理和移相处理后生成第三射频信号，第四馈电点1104接收到的+45°极化波束输入多通道芯片的RF4B端口，经与多通道芯片的RF4B端口连接的射频移相单元进行TR射频处理和移相处理后生成第四射频信号，第三射频信号和第四射频信号经合路后形成交叉极化分量抵消后的+45°极化波束，并由多通道芯片的B2端口输出至幅相控制网络。可知的，多通道芯片内的射频移相单元可包括移相器等，通过对移相器的移相控制，实现对多通道芯片的端口输出相位的配置。
在另一些实施例中，如图5和图6所示，TR通道包括多功能TR芯片和两套含相位差的波束合成网络。两套含相位差的波束合成网络具体为：瓦式堆叠时相互独立的第一180°相位差合成网络4和第二180°相位差合成网络6，相互独立是指第一180°相位差合成网络4与第二180°相位差合成网络6的元件布局和信号传输走线互不交错干涉。多功能TR芯片包括第一射频通道和第二射频通道，第一180°相位差合成网络4包括第一移相通道和第二移相通道，第二180°相位差合成网络6包括第三移相通道和第四移相通道。
第一180°相位差合成网络4内第一移相通道的第一端通过走线与自身对应的天线贴片单元的第一馈电点1101直连（直馈），第一180°相位差合成网络4内第二移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第二馈电点1102直连（直馈），该第一移相通道的第二端和该第二移相通道的第二端经合路后和多功能TR芯片内第一射频通道的第一端连接，多功能TR芯片内第一射频通道的第二端用于与幅相控制网络连接。
第二180°相位差合成网络6内第三移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第三馈电点1103直连（直馈），第二180°相位差合成网络6内第四移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第四馈电点1104直连（直馈），该第三移相通道的第二端和该第四移相通道的第二端经合路后和多功能TR芯片内第二射频通道的第一端连接，多功能TR芯片内第二射频通道的第二端用于与幅相控制网络连接。
射频接收时，第一馈电点1101接收的-45°极化波束经第一180°相位差合成网络4内第一移相通道后得到第一射频信号，第二馈电点1102接收的-45°极化波束经第一180°相位差合成网络4内第二移相通道后得到第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号之间具有180°相位差，第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束，且-45°极化波束用于经多功能TR芯片内第一射频通道后输出至幅相控制网络。
射频接收时，第三馈电点1103接收的+45°极化波束经第二180°相位差合成网络6内第三移相通道后得到第三射频信号，第三馈电点1103接收的+45°极化波束经第二180°相位差合成网络6内第四移相通道后得到第四射频信号，第三射频信号和第四射频信号之间具有180°相位差，第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束，且+45°极化波束用于经多功能TR芯片内第二射频通道后输出至幅相控制网络。
在一些实施例中，第一180°相位差合成网络4和第二180°相位差合成网络6可为由微带线、带状线等组成的移相网络等，第一180°相位差合成网络4内的第一移相通道与第二移相通道可通过不等长的微带线或带状线设置使得经第一移相通道和第二移相通道后的信号产生180°相位差。图9示出了第一180°相位差合成网络4的一种具体设计实例，在该设计实例中，第一180°相位差合成网络4内位于左侧的第一端口41通过走线与第一馈电点1101直连，第一180°相位差合成网络4内位于右侧的第二端口42通过走线与第二馈电点1102直连，第一180°相位差合成网络4内位于上中部的第三端口43与多功能TR芯片的第一端口连接，多功能TR芯片的第一端口与其内部的第一射频通道连接。第二180°相位差合成网络6产生180°相位差的原理可等同，因此对第二180°相位差合成网络6的具体结构不再进行详细描述。
作为一种优选，瓦式堆叠时第一180°相位差合成网络4和第二180°相位差合成网络6分布在不同层；第一180°相位差合成网络4同层分布有第一接地点，第二180°相位差合成网络6也同层分布有第二接地点，第一接地点和第二接地点经同一信号隔离孔10接地，例如经同一信号隔离孔10连接至一个或多个金属地板实现信号隔离；瓦式堆叠时，第一180°相位差合成网络4所在的介质层与第二180°相位差合成网络6所在的介质层之间设置有金属地板，且第一180°相位差合成网络4和第二180°相位差合成网络6对称分布于金属地板两侧。
示例性地，图10示出了在进行相控阵瓦式叠层设计时第一180°相位差合成网络4和第二180°相位差合成网络6的一种具体堆叠实例。相控阵瓦式叠层布局中，自上而下分别为第一层天线板1、第二层天线板2、第一金属地板3、第一180°相位差合成网络4、第二金属地板5、第二180°相位差合成网络6、第三金属地板7和多功能芯片堆叠层8，多功能芯片堆叠层8分布有实现TR收发处理的多功能TR芯片以及实现低频控制、供电和幅相控制的芯片组合。其中，第一层天线板1和第二层天线板2之间为第一介质层，第二天线板和第一金属地板3之间为第二介质层，第一金属地板3与第一180°相位差合成网络4之间为第三介质层，第一180°相位差合成网络4与第二金属地板5之间为第四介质层，第二金属地板5与第二180°相位差合成网络6之间为第五介质层，第二180°相位差合成网络6与第三金属地板7之间为第六介质层，第一信号传输孔901实现第二180°相位差合成网络6与多功能芯片堆叠层8之间的信号互联，第二信号传输孔902实现第一180°相位差合成网络4与多功能芯片堆叠层8之间的信号互联，第三信号传输孔903实现第二层天线板2与第二180°相位差合成网络6之间的信号互联，第四信号传输孔904实现第二层天线板2与第一180°相位差合成网络4之间的信号互联。第一层天线板1和第二层天线板2构成双层天线板，用于拓展相控阵天线的带宽。第一180°相位差合成网络4和第二波束合成网路经同一个信号隔离孔10进行隔离接地且该信号隔离孔10经第一金属地板3、第二金属地板5和第三金属地板7，从而最大化的减少多层印制板压合时的压合次数与难度。此外，在实际的印制板压合过程中，也可以利用铜浆烧结等特殊工艺来实现信号的隔离，从而减少压合次数。
根据图11至图12的仿真结果可知，无论TR通道采用多通道芯片还是采用两套含相位差的波束合成网络和多功能TR芯片的结合，在工作频带内均实现了较高的交叉极化隔离度，约为60dB，同时也拥有了不低于40dB的波束间通道隔离度。其中，图11为中心频点为28.2GHz时的交叉极化隔离度仿真图，在图12中，横坐标表示频率，单位为GHz，纵坐标表示通道隔离度，单位为dB，S(2,1)表示收发端口之间的通道隔离度。
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 (4)
1.一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，其特征在于，包括若干个±45°双极化的天线贴片单元和TR通道；各个天线贴片单元通过走线与各个TR通道一一对应直连，各个TR通道还用于与各个幅相控制网络一一对应连接，所述天线贴片单元上分布有第一馈电点、第二馈电点、第三馈电点和第四馈电点；
射频接收时，TR通道用于对自身对应的天线贴片单元上分布的第一馈电点接收到的-45°极化波束进行处理后得到第一射频信号，以及对自身对应的天线贴片单元上分布的第二馈电点接收到的-45°极化波束进行处理后得到第二射频信号，并将第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束，且第一射频信号与第二射频信号之间具有180°相位差；TR通道还用于对该天线贴片单元上分布的第三馈电点接收到的+45°极化波束进行处理后得到第三射频信号，以及对该天线贴片单元上分布的第四馈电点接收到的+45°极化波束进行处理后得到第四射频信号，并将第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束，且第三射频信号与第四射频信号之间具有180°相位差；+45°极化波束和-45°极化波束用于输出至对应的幅相控制网络；
其中，所述TR通道为多通道芯片，或所述TR通道包括多功能TR芯片、瓦式堆叠时相互独立的第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络；
瓦式堆叠时，所述第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络分布在不同层；
所述第一180°相位差合成网络同层分布有第一接地点，所述第二180°相位差合成网络也同层分布有第二接地点，第一接地点和第二接地点经同一信号隔离孔接地。
2.根据权利要求1所述的一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，其特征在于，所述多通道芯片包括第一个射频移相单元、第二个射频移相单元、第三个射频移相单元和第四个射频移相单元；多通道芯片自身对应的天线贴片单元上的第一馈电点通过走线与多通道芯片内的第一个射频移相单元的第一端直连，该天线贴片单元上的第二馈电点通过走线与多通道芯片内的第二个射频移相单元的第一端直连，该天线贴片单元上的第三馈电点通过走线与多通道芯片内的第三个射频移相单元的第一端直连，该天线贴片单元上的第四馈电点通过走线与多通道芯片内的第四个射频移相单元的第一端直连，第一个射频移相单元的第二端和第二个射频移相单元的第二端经合路后用于与幅相控制网络连接，第三个射频移相单元的第二端和第四个射频移相单元的第二端经合路后用于与幅相控制网络连接；
射频接收时，天线贴片单元上第一馈电点接收到的-45°极化波束经第一个射频移相单元处理后得到第一射频信号，该天线贴片单元上第二馈电点接收到的-45°极化波束经第二个射频移相单元处理后得到第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号之间具有180°相位差，第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束；
射频接收时，天线贴片单元上第三馈电点接收到的+45°极化波束经第三个射频移相单元处理后得到第三射频信号，天线贴片单元上第四馈电点接收到的+45°极化波束经第四个射频移相单元处理后得到第四射频信号，第三射频信号和第四射频信号之间具有180°相位差，第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束。
3.根据权利要求1所述的一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，其特征在于，所述TR通道包括多功能TR芯片、瓦式堆叠时相互独立的第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络时，多功能TR芯片包括第一射频通道和第二射频通道，第一180°相位差合成网络包括第一移相通道和第二移相通道，第二180°相位差合成网络包括第三移相通道和第四移相通道；所述第一180°相位差合成网络内第一移相通道的第一端通过走线与自身对应的天线贴片单元的第一馈电点直连，第一180°相位差合成网络内第二移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第二馈电点直连，该第一移相通道的第二端和该第二移相通道的第二端经合路后和所述多功能TR芯片内第一射频通道的第一端连接，所述多功能TR芯片内第一射频通道的第二端用于与幅相控制网络连接；所述第二180°相位差合成网络内第三移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第三馈电点直连，第二180°相位差合成网络内第四移相通道的第一端通过走线与该天线贴片单元的第四馈电点直连，该第三移相通道的第二端和该第四移相通道的第二端经合路后和多功能TR芯片内第二射频通道的第一端连接，多功能TR芯片内第二射频通道的第二端用于与幅相控制网络连接；
射频接收时，第一馈电点接收的-45°极化波束经第一180°相位差合成网络内第一移相通道后得到第一射频信号，第二馈电点接收的-45°极化波束经第一180°相位差合成网络内第二移相通道后得到第二射频信号，第一射频信号和第二射频信号之间具有180°相位差，第一射频信号和第二射频信号合路后形成-45°极化波束，且-45°极化波束用于经多功能TR芯片内第一射频通道后输出至幅相控制网络；
射频接收时，第三馈电点接收的+45°极化波束经第二180°相位差合成网络内第三移相通道后得到第三射频信号，第三馈电点接收的+45°极化波束经第二180°相位差合成网络内第四移相通道后得到第四射频信号，第三射频信号和第四射频信号之间具有180°相位差，第三射频信号和第四射频信号合路后形成+45°极化波束，且+45°极化波束用于经多功能TR芯片内第二射频通道后输出至幅相控制网络。
4.根据权利要求1所述的一种±45°双极化四馈瓦式相控阵天线，其特征在于，瓦式堆叠时，第一180°相位差合成网络所在的介质层与第二180°相位差合成网络所在的介质层之间设置有金属地板，且第一180°相位差合成网络和第二180°相位差合成网络对称分布于所述金属地板两侧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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