CN117578079B - 一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线及通信设备，其中通信设备包括以下步骤发射阵列、接收阵列以及电磁带隙阵列；发射阵列、接收阵列以及电磁带隙阵列集成于PCB上；电磁带隙阵列设置于发射阵列以及接收阵列之间；电磁带隙阵列包括第一电磁带隙子结构以及第二电磁带隙子结构；第一电磁带隙子结构设置于靠近发射阵列的一端，第二电磁带隙子结构设置于靠近接收阵列的一端；第一电磁带隙子结构的频段与第二电磁带隙子结构的频段不同。本方法可以可以提高收发阵列之间的隔离度改善功率阻塞和噪底抬升的问题。本申请可广泛应用于天线技术领域。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，尤其是一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线及通信设备。
背景技术
低轨卫星通信的快速兴起，对低剖面高集成的相控阵天线需求日益强烈。同时，大规模的商业应用也要求不断降低设备成本。贴片天线阵列由于其低剖面及易于和收发芯片集成的特点，已经成为主流的设计选择。高集成度、紧凑的体积意味着收发天线阵列之间会产生相互影响，具体为：发射阵列对接收天线低噪声放大芯片产生功率阻塞，使其无法正常工作；发射阵列抬升接收阵列噪底，降低其接收灵敏度，进而对通信质量产生影响。同时，贴片天线阵列与馈电网络、射频、控制、电源的高度集成，也使得PCB叠层更加复杂化。因此，相关技术中仍存在需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本申请实施例的一个目的在于提供一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线及通信设备，该天线可以提高收发阵列之间的隔离度，改善功率阻塞和噪底抬升的问题。
为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线，包括发射阵列、接收阵列以及电磁带隙阵列；
所述发射阵列、所述接收阵列以及所述电磁带隙阵列集成于PCB上；所述电磁带隙阵列设置于所述发射阵列以及所述接收阵列之间；所述电磁带隙阵列包括第一电磁带隙子结构以及第二电磁带隙子结构；所述第一电磁带隙子结构设置于靠近所述发射阵列的一端，第二电磁带隙子结构设置于靠近所述接收阵列的一端；所述第一电磁带隙子结构的频段与所述第二电磁带隙子结构的频段不同。
另外，根据本发明中上述实施例的一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线，还可以有以下附加的技术特征：
进一步地，本申请实施例中，所述发射阵列与所述接收阵列均包括若干个天线单元结构；所述天线单元结构包括两个相互连接的子结构；所述子结构包括表层带线、天线金属地、第一介质层、底层耦合带线以及金属化过孔；所述表层带线与所述底层耦合带线通过所述金属化过孔连接；所述第一介质层设置于天线金属地以及底层耦合带线之间，以实现天线金属地与所述底层耦合带线的相互耦合。
进一步地，本申请实施例中，所述子结构还包括馈电探针、内层贴片、第二介质层以及表层贴片；所述第二介质层设置于内层贴片以及表层贴片之间；所述表层带线环绕所述内层贴片以及所述表层贴片的外周设置；所述馈电探针贯穿所述天线金属地以及所述底层耦合带线，且与所述天线金属地以及所述底层耦合带线在贯穿处电隔离。
进一步地，本申请实施例中，任意两个所述子结构通过所述表层带线连接；所述表层带线包括连接部以及环绕部；所述连接部在垂直于天线放置方向上的投影面积为环绕部的两倍。
进一步地，本申请实施例中，所述内层贴片为六边形贴片，所述内层贴片为六边形贴片，所述六边形贴片为矩形贴片去除两个对角形成；所述表层贴片为矩形贴片。
进一步地，本申请实施例中，所述第一电磁带隙子结构与所述第二电磁带隙子结构均包括若干个电磁带隙单元；所述电磁带隙单元从上至下依次包括上层贴片、金属化过孔、第三介质层、下层贴片、第四介质层以及金属地；所述金属化过孔贯穿所述第三介质层，所述金属化过孔用于连接所述上层贴片以及所述下层贴片；所述第四介质层用于电隔离所述金属地以及所述下层贴片。
进一步地，本申请实施例中，所述第三介质层包括半固化片或者环氧玻璃纤维中的一种或者两种组合。
另一方面，本申请还提供一种通信设备，包括前面任一项所述的隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线。
本申请的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到：
本申请可以通过在发射阵列、接收阵列之间，且靠近所述发射阵列的一端设置一个第一电磁带隙子结构，在靠近所述接收阵列的一端设置一个第二电磁带隙子结构，通过两个不同频段的电磁带隙子结构可以提高收发阵列之间的隔离度，可以改善功率阻塞和噪底抬升的问题。
附图说明
图1为本发明中一种具体实施例中隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线的俯视图；
图2为本发明中一种具体实施例中天线单元结构的一个子结构的结构示意图；
图3为本发明中一种具体实施例中电磁带隙单元的结构示意图；
图4为本发明中另一种具体实施例中天线单元结构的一个子结构的结构示意图；
图5为本发明中另一种具体实施例中隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线的俯视图；
图6为本发明中另一种具体实施例中电磁带隙单元的结构示意图；
图7为本发明中一种具体实施例中天线单元结构的一个子结构的主视图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例对本发明实施例中的隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线以及通信设备的原理和过程作以下说明。
首先对现有技术存在的缺陷进行说明：
现有技术中，随着低轨卫星通信的快速兴起，人们对低剖面高集成的相控阵天线需求日益强烈。同时，大规模的商业应用也要求不断降低设备成本。贴片天线阵列由于其低剖面及易于和收发芯片集成的特点，已经成为主流的设计选择。而高集成度、紧凑的体积意味着收发天线阵列之间会产生相互影响。具体为：发射阵列对接收天线低噪声放大芯片产生功率阻塞，使其无法正常工作；发射阵列抬升接收阵列噪底，降低其接收灵敏度，进而对通信质量产生影响。贴片天线阵列与馈电网络、射频、控制、电源的高度集成，也存在一个劣势：使PCB叠层更加复杂化，而且这往往需要引入昂贵的制造工艺，例如铜浆烧结。
EBG(Electromagnetic Band Gap)＝电磁带隙。
为了解决上述技术问题，参照图1，本发明一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线。天线可以包括发射阵列1、接收阵列2以及电磁带隙阵列3。发射阵列1、接收阵列以及电磁带隙阵列3可以集成在同一块PCB板上。电磁带隙阵列3可以设置在发射阵列1以及接收阵列2之间。电磁带隙阵列3可以包括第一电磁带隙子结构31以及第二电磁带隙子结构32。第一电磁带隙子结构31可以设置在靠近发射阵列1的一端，第二电磁带隙子结构32可以设置在靠近接收阵列2的一端。其中，第一电磁带隙子结构的频段与第二电磁带隙子结构的频段不同。
进一步地，在本申请的一些实施例中，发射阵列与接收阵列的拓扑结构相同。需要说明的是，发射阵列与接收阵列相同，两个阵列均具有相同若干个天线单元结构。任意两个天线单元结构之间的间距为固定值，该固定值可以根据实际需要进行调整。而且，发射阵列与接收阵列中的每个天线单元结构均可以包括表层带线、天线金属地、介质层、底层耦合带线以及金属化过孔等结构。
进一步地，在本申请一些实施例中，发射阵列与接收阵列均可以包括若干个天线单元结构。其中每个天线单元结构可以包括两个相互连接的子结构。子结构可以包括表层带线、天线金属地、第一介质层、底层耦合带线以及金属化过孔。表层带线与底层耦合带线通过金属化过孔连接；第一介质层设置于天线金属地以及底层耦合带线之间，以实现天线金属地与底层耦合带线的相互耦合。
进一步地，在本申请的一些实施例中，子结构还可以包括馈电探针、内层贴片、第二介质层以及表层贴片。第二介质层可以设置于内层贴片以及表层贴片之间。第二介质层可以包括上层介质板、中间介质板以及半固化片，也可以包括上层介质板以及半固化片。当第二介质层包括上层介质板、中间介质板以及半固化片时，上层介质板可以是靠近表层贴片的一层介质，中间层介质板可以是靠近内层贴片的一层介质层，而半固化片是设置于中间层介质板以及上层介质板之间的材料。当第二介质层包括上层介质板以及半固化片时，上层介质板可以是靠近表层贴片的一层介质，而半固化片可以直接与内层贴片连接。半固化片可以设置于内层贴片与上层介质板之间的材料。半固化片具有粘性，其可以粘结中间介质板以及上层介质板，上层介质板可以是玻璃纤维材料，中间介质板也可以是玻璃纤维材料，在制作内层贴片、第二介质层以及表层贴片时可以先制作包括内层贴片与中间介质板的PCB，然后制作包括表层贴片与上层介质板的PCB，然后通过半固化片将两层PCB进行粘结，形成最终内层贴片、第二介质层以及表层贴片依次设置的结构。表层带线可以环绕内层贴片以及表层贴片的外周设置。表层带线与内层贴片以及表层贴片均不接触。馈电探针可以贯穿天线金属地以及底层耦合带线，同时形成贯穿处，且与天线金属地以及底层耦合带线在贯穿处电隔离。
具体地，参照图2以及图7，天线单元结构可以包括两个相互连接的子结构41；对于任意一个子结构41，第二介质层包括上层介质板以及中间层半固化片。子结构41可以包括天线金属地401、底层半固化片402、底层耦合带线403、金属化过孔404、下层介质板405、馈电探针406、内层贴片407、中间层半固化片408、上层介质板409、表层贴片410以及表层带线411。表层贴片410以及表层带线411可以设置于同一水平面。表层带线411环绕表层贴片410形成矩形带线，矩形带线为中空结构。中空结构在垂直于天线放置方向上的投影大于表层贴片410在垂直于天线放置方向上的投影，表层贴片410设置于中空结构中。馈电探针406贯穿下层介质板405，与底层耦合带线403连接；金属化过孔404用于连接表层带线411以及底层耦合带线403。可以理解的是，整个单元结构通常可以水平放置，天线放置方向可以是垂直于水平放置方向的投影。可以理解的是，下层介质板405可以覆盖底层耦合带线403，该介质层可以起到支撑作用，支撑馈电探针406、内层贴片407、中间层半固化片408、上层介质板409以及表层贴片410。此外，表层贴片410也可以设置于比表层带线411所在水平面更低的水平面上。
进一步地，在本申请的一些实施例中，任意两个子结构通过表层带线连接。表层带线包括连接部以及环绕部。连接部在垂直于天线放置方向上的投影面积为环绕部的两倍。可以理解的是，连接部在垂直于天线放置方向上的投影面积为环绕部的两倍，也就是连接部通过两个环绕部在平行于子结构放置方向上相互粘结或者是相互连接组成的。而在另一些可行的实施例中，连接部也通过一个环绕部在平行于子结构的放置方向上设置得到。连接部可以用于连接两个子结构的表层带线，进而完成两个子结构的连接。
进一步地，在本申请的一些实施例中，内层贴片可以是六边形贴片，六边形贴片可以是矩形贴片去除任意两个对角形成，六边形贴片可以实现天线的圆极化。可以理解的是，去除的两个对角可以是矩形任意两个相对的角。表层贴片可以是矩形贴片。矩形贴片可以拓宽工作带宽。可以理解的是，正方形贴片也是矩形贴片的一种。而六边形贴片以及矩形贴片的厚度可以根据具体需要进行调整，在此不作限制。
进一步地，在本申请的一些实施例中，参照图3电磁带隙单元从上至下依次包括上层贴片501、金属化过孔502、第三介质层503、下层贴片504、第四介质层以及金属地506；金属化过孔502贯穿第一介质层503，金属化过孔502用于连接上层贴片501以及下层贴片502。第四介质层可以用于电隔离金属地以及下层贴片。
进一步地，在本申请的一些实施例中，第三介质层可以包括半固化片或者环氧玻璃纤维中的一种或者两种组合。具体地，当上层贴片与下层贴片为两个单层PCB板时，两个单层PCB板之间的用于粘结的半固化片以及PCB板本身的环氧玻璃纤维可以作为第三介质层，而当上层贴片与下层贴片为一个两层的PCB板时，第三介质层为PCB本身所用的介质，也就是环氧玻璃纤维。当采用在一个基材上直接通过电镀或者是其他沉铜工艺形成两个铜贴片时，两个铜贴片之间的基材为环氧玻璃纤维。
下面结合图4以及图6说明本申请的结构与原理：
隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线可以包括发射阵列、接收阵列以及电磁带隙阵列。其中发射阵列、接收阵列可以包括多个天线单元结构。如图4所示，每个天线单元结构可以由4层金属层和4层介质层构成，金属层从下往上依次可以是天线金属地、底层耦合带线、内层贴片和表层贴片及表层带线。介质层从下往上依次可以为底层半固化片、下层介质板、中间层半固化片和上层介质板。天线采用探针馈电，内层贴片可以是矩形去除任意两个对角所形成的六边形设计，该设计可以实现天线的圆极化，表层贴片可以是矩形贴片，矩形贴片可以拓展工作带宽。天线单元之间采用金属化过孔，金属化过孔可以上下连接表层带线和底层耦合带线，形成单元间的隔离墙结构，而隔离墙可以与天线金属地之间通过底层耦合带线实现耦合接地。发射天线阵列与接收天线阵列具有相同的拓扑结构，极化的方向与频段不同。
图5所示：发射阵列与接收阵列在同一块PCB板上，置于PCB板的两侧，中间间隔约4～10倍高频波长，发射阵列与接收阵列之间的间隔区域采用具有两种不同的频段(发频与收频)的电磁带隙(EBG)设计，该电磁带隙(EBG)可以提高收发阵列的隔离度，可以改善功率阻塞和噪底抬升。电磁带隙(EBG)可以包括多个EBG单元，每个EBD单元的结构如图6所示，从下往上依次为金属地、介质层、下层贴片、介质层、上层贴片，下层贴片与上层贴片之间的介质层中嵌埋有金属化过孔。该金属化过孔可以贯穿下层贴片与上层贴片之间的介质层，靠近接收阵列的收频EBG阵列和靠近发射阵列发频EBG拓扑结构相同，两者的尺寸可以不同，也就是说两者在垂直于PCB放置方向上的投影面积不同。可以理解的是，当两个EBG为矩形投影，投影面积不同可以是阵列宽度不同造成的，也可以是阵列长度不同造成的，还可以是阵列长度和宽度均不同造成的。
综上所述，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例可以通过在发射阵列、接收阵列之间，且靠近所述发射阵列的一端设置一个第一电磁带隙子结构，在靠近所述接收阵列的一端设置一个第二电磁带隙子结构，通过两个不同频段的电磁带隙子结构可以提高收发阵列之间的隔离度，可以改善功率阻塞和噪底抬升的问题。
2、本实施例的内层贴片为矩形去除任意两个对角所形成的六边形设计可以实现天线的圆极化，矩形贴片可以拓展工作带宽。
3、表层带线和底层耦合带线与天线金属地之间实现耦合，提高收发阵列的隔离度，改善功率阻塞和噪底抬升。
此外，本申请的实施例中还提供一种通信设备，包括前面的隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线。
需要说明的是，上述的隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线实施例中的内容均适用于本通信设备实施例中，本通信设备实施例所具体实现的功能与上述的隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线实施例相同，并且达到的有益效果与上述的隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线实施例所达到的有益效果也相同。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (5)
1.一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线，其特征在于，包括：
发射阵列、接收阵列以及电磁带隙阵列；
所述发射阵列、所述接收阵列以及所述电磁带隙阵列集成于PCB上；所述电磁带隙阵列设置于所述发射阵列以及所述接收阵列之间；所述电磁带隙阵列包括第一电磁带隙子结构以及第二电磁带隙子结构；所述第一电磁带隙子结构设置于靠近所述发射阵列的一端，第二电磁带隙子结构设置于靠近所述接收阵列的一端；所述第一电磁带隙子结构的频段与所述第二电磁带隙子结构的频段不同；所述发射阵列与所述接收阵列均包括若干个天线单元结构；所述天线单元结构包括两个相互连接的子结构；所述子结构包括表层带线、天线金属地、第一介质层、底层耦合带线以及金属化过孔；所述表层带线与所述底层耦合带线通过所述金属化过孔连接；所述第一介质层设置于天线金属地以及底层耦合带线之间，以实现天线金属地与所述底层耦合带线的相互耦合；所述子结构还包括馈电探针、内层贴片、第二介质层以及表层贴片；所述第二介质层设置于内层贴片以及表层贴片之间；所述表层带线环绕所述内层贴片以及所述表层贴片的外周设置；所述馈电探针贯穿所述天线金属地，且与所述天线金属地以及所述底层耦合带线在贯穿处电隔离。
2.根据权利要求1所述一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线，其特征在于，所述内层贴片为六边形贴片，所述六边形贴片为矩形贴片去除两个对角形成；所述表层贴片为矩形贴片。
3.根据权利要求1所述一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线，其特征在于，所述第一电磁带隙子结构与所述第二电磁带隙子结构均包括若干个电磁带隙单元；所述电磁带隙单元从上至下依次包括上层贴片、金属化过孔、第三介质层、下层贴片、第四介质层以及金属地；所述金属化过孔贯穿所述第三介质层，所述金属化过孔用于连接所述上层贴片以及所述下层贴片；所述第四介质层用于电隔离所述金属地以及所述下层贴片。
4.根据权利要求3所述的一种隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线，其特征在于，所述第三介质层包括半固化片或者环氧玻璃纤维中的一种或者两种组合。
5.一种通信设备，其特征在于，包括上述权利要求1-4任一项所述的隔离墙耦合接地的圆极化相控阵天线。
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