CN117810687A - 一种结构复用的大频比双频共口径天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构复用的大频比双频共口径天线，属于天线技术领域，包括自上而下依次设置的毫米波天线、C波段天线单元和馈电网络层；所述毫米波天线包括解耦合介质层、毫米波天线阵列和毫米波馈电网络层，C波段天线单元包括C波段辐射贴片；毫米波天线阵列的毫米波金属地板与毫米波馈电网络层的毫米波上地板粘接在一起，C波段辐射贴片同时作为毫米波馈电网络层的下地板使用。本发明通过毫米波阵列天线和C波段天线单元的结构复用实现共口径，采用C波段天线单元实现覆盖更宽的通信频段，并采用偶极子形式的毫米波天线单元实现宽扫描角度，从多方面提高了大频比共口径天线的性能。

Description

一种结构复用的大频比双频共口径天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种结构复用的大频比双频共口径天线。

背景技术

随着通信系统的快速发展，5G已成为全球研究热点，其中，低于6GHz的微波频段，应用在5G系统中，实现远距离通信，但是随着网络内容的丰富，微波频段已经无法适用于高速大容量传输的场景，所以毫米波技术也逐渐成为了研究热点。但是毫米波天线有着传输距离短，容易受到多径效应的影响的缺点，在复杂的通信环境中，性能很容易出现下降，并且在当今，单一基站上已经有非常多不同频段的天线，很难为毫米波天线单独创造一个良好的电磁环境。那么兼容微波和毫米波段的多频段，共口径天线很是具有研究价值。

双频，甚至多频天线在高数据传输速率无线通信系统设计的背景下引起了极大的关注，因为可以集成不同频段天线在同一个口径下工作，减少了天线占据的空间，有利于天线整体系统的小型化，也有利于在设计段就减少不同频段之间的耦合。在以往的研究当中，主要有两种共口径天线的设计方案，一种是分布式结构，另一种是复用型结构。

分布式结构是指，将高低频天线单元采用水平方向，或是垂直方向进行组合，在结构上排布，减少天线之间的相互影响，例如交错排布，堆叠排布等，常用于频段差距较小，或是带宽较窄的多频天线。复用型结构是指，将不同频段天线中一些结构融合，或是将高频天线辐射体集成在低频天线内部，常用于大频比共口径天线，可以充分利用低频天线的辐射口径。

现有技术如下：

文献[1] B. J. Xiang, S. Y.Zheng, H. Wong, Y. M. Pan, K. X. Wang andM. H. Xia, "A Flexible Dual-Band Antenna With Large Frequency Ratio andDifferent Radiation Properties Over theTwo Bands," in IEEE Transactions onAntennas and Propagation, vol. 66, no. 2, pp. 657-667, Feb. 2018, doi:10.1109/TAP.2017.2786321.介绍了一款兼容微波频段（5.8 GHz）和毫米波频段（30 GHz）的大频比双频共口径天线。该天线采用了分布式结构实现多频兼容。其中，微波波段天线采用位于介质基板1上表面的环形贴片天线，实现了线极化以及边射辐射的特性；在同一层介质基板上，毫米波波段天线使用基片集成波导背腔缝隙天线，放置在环形贴片单元中间的圆形空心区域中，实现毫米波频段的辐射。

此外，为激励起微波、毫米波段的辐射特性，天线采用微带线的形式进行馈电。具体地，微波信号通过微带线传输到贯通介质板和介质板的金属探针上，激励上层的环形贴片天线；而毫米波信号则由微带线通过接地面上的耦合缝隙激励SIW背腔缝隙天线。由于SIW 自身的高通特性，这一耦合机制可以防止微波信号进入毫米波天线中，减小了互耦。位于背腔天线与环形天线之间的金属环则是用以解决孔径导致的辐射方向图失调问题。

文献[2] J. F. Zhang, Y. J. Cheng, Y. R. Ding and C. X.Bai, "A Dual-Band Shared-Aperture Antenna With Large Frequency Ratio, High Aperture ReuseEfficiency, and High Channel Isolation," in IEEETransactions on Antennas andPropagation, vol. 67, no. 2, pp. 853-860, Feb. 2019, doi: 10.1109/TAP.2018.2882697.介绍了一种具有高隔离度和高口径复用率的大频比双频共口径天线。天线结构如图所示，该天线工作在 3.5 GHz 的微波频段和60 GHz 的毫米波频段。其中，高频频段采用 12×12 的SIW缝隙天线阵列，利用一个梳状功分器为 12 路串联的SIW缝隙天线子阵列馈电。为了提高口径利用率，高频天线阵列整体作为微波频段的辐射贴片，由微带线通过开在地板上的H 型缝隙进行耦合馈电，并在微带馈线中加入一个小型的微带谐振单元，它有显著的低通特性，用于隔离毫米波信号。另外，由于SIW天线和馈电网络具有高通特性和封闭性，能够抑制低频信号，天线在微波、毫米波两个工作频段内均实现了较高的端口隔离。仿真与测试结果表明，天线工作在 3.5 GHz 和60GHz时隔离度分别大于 130 dB和65dB。天线在微波频段和毫米波频段分别具有2.3%和6.4%的相对带宽，所提出的天线同时实现了高口径复用率和良好的隔离度，但其带宽较窄，无法覆盖更多频段。

文献[3] J. Zhang, S. Zhang and G. F. Pedersen,"Dual-Band StructureReused Antenna Based on Quasi-Elliptic Bandpass Frequency Selective Surfacefor 5G Application," in IEEE Transactions onAntennas and Propagation, vol.68, no. 11, pp. 7612-7617, Nov. 2020, doi: 10.1109/TAP.2020.2990225.介绍了一款双频带结构复用天线，天线包括在K波段（24.2–26.1GHz）工作的背腔缝隙天线4×4阵列，以及频率选择表面（FSS），对K波段透明辐射，也可以在S波段（2.5–2.7 GHz）重新用作辐射器。FSS单元是基于十字槽结构设计的。通过在每个单元中引入非对称边界，FSS获得具有两个传输零点的高频选择性通带的一侧。但毫米波频带较窄且没有提及扫描的功能。

文献[4] Y. Cheng and Y. Dong, "Dual-BroadbandDual-Polarized Shared-Aperture Magnetoelectric Dipole Antenna for 5G Applications," in IEEETransactions on Antennas and Propagation, vol. 69,no. 11, pp. 7918-7923, Nov.2021, doi: 10.1109/TAP.2021.3083744.介绍了一种电磁偶极子天线和喇叭天线复用的结构，实现了可以在毫米波和Sub-6频段工作的大频比双频共口径天线。该天线使用四个由基片集成波导馈电的电磁偶极子天线作为馈源，激励四个具有倾斜内壁的喇叭天线作为毫米波天线。由于喇叭天线的一部分内壁有20°的倾斜角，实现了天线在高频频段的±20°波束可调特性。此外，低频频段将高频的四个喇叭天线组合在一起，通过双极化的馈电网络，用喇叭口和喇叭臂组合复用成一个大型电磁偶极子天线的电偶极子和磁偶极子，也具有双极化特性。所提出的天线结构新颖，在实现高口径复用率的基础上融合了双极化、波束扫描等多种功能。仿真结果表明，天线在低频频段具有50.31%的相对带宽，在高频频段有33.91%的相对带宽，但其同一频带内的极化间隔离度较差，且剖面较高。

文献[5] J. Zhu, Y. Yang, S. Liao, S. Li and Q. Xue,"Dual-BandAperture-Shared Fabry–Perot Cavity-Integrated Patch Antenna for Millimeter-Wave/Sub-6 GHz Communication Applications," in IEEE Antennasand WirelessPropagation Letters, vol. 21, no. 5, pp. 868-872, May 2022, doi: 10.1109/LAWP.2022.3148408.介绍了一种将毫米波法布里-珀罗腔(FPC)天线集成到sub-6 GHz贴片天线中的双频大频率比11.7 (2.4 GHz/28 GHz)天线。具有周期槽的贴片既是2.4 GHz的辐射体，又是28GHz FPC天线的部分反射面。通过适当地调整周期槽的长度，可以很容易地调整PRS的反射。由于28ghz周期槽的长度和宽度远小于2.4 GHz的波长，因此28GHz周期槽对贴片辐射的影响很小。此外，由于法布里-珀罗共振，天线在28GHz频段的峰值增益可达15dBi，馈电结构简单。但是也无法波束扫描。

由此可见，文献[1]采用分布式的天线结构，采用但端口对两个频段天线馈电，存在口径复用率低，还需要后期进行信号分离的缺点。文献[2]采用结构复用型的天下结构，但是由于是微带形式，和缝隙天线阵列，带宽较窄，无法覆盖更多频段。文献[3]将频率选择表面和低频辐射体结构复用，但是存在带宽较窄的问题。文献[4]采用喇叭天线作为高频天线，由于喇叭天线内壁有倾斜角，所以有正负20度的波束扫描角度。但是同频的隔离度较差。文献[5]中高频天线采用法布里-珀罗腔(FPC)天线，馈电简单，但是带宽较窄。

综上所述，目前大多数大频比共口径天线的主要问题是，实现的功能较为单一，融合后的性能并不全面，大部分都是在一个指标上的提升有好的效果，且大部分都无法实现宽波束扫描的能力。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中大频比共口径天线技术普遍存在口径复用率，结构复杂，带宽窄，无法实现宽波束扫描的缺点，提出一种结构复用的大频比双频共口径天线，具有大频比，高隔离度，宽扫描角等特性。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，包括自上而下依次设置的毫米波天线、C波段天线单元和馈电网络层；所述毫米波天线包括解耦合介质层、毫米波天线阵列和毫米波馈电网络层，C波段天线单元包括C波段辐射贴片；毫米波天线阵列的毫米波金属地板与毫米波馈电网络层的毫米波上地板粘接在一起，C波段辐射贴片同时作为毫米波馈电网络层的下地板使用。

进一步的，所述C波段天线单元还包括毫米波馈电过渡段和C波段金属地板，所述C波段金属地板与馈电网络层的地板共用；所述毫米波馈电过渡段用于将毫米波的信号从毫米波天线引入到馈电网络层的毫米波馈电电路。

进一步的，所述解耦合介质层位于毫米波天线的顶部，包括方形介质板和在所述方形介质板上周期性排列的若干个长方体介质条，沿所述长方体介质条长度方向上阵列设置有若干矩形截面通孔。

进一步的，所述毫米波天线阵列包括若干偶极子形式的毫米波天线辐射体，所述毫米波天线辐射体和解耦合介质层上的矩形截面通孔一一上下对齐布置。

进一步的，所述毫米波天线阵列按照4×4排列共布置有16个毫米波天线辐射体，所述毫米波天线辐射体在扫描方向上的单元间距为4.95mm，非扫描方向上的单元间距为7.5mm。

进一步的，所述毫米波馈电网络层包括周期性排列的若干个一分四功分器，其排列周期与长方体介质条的排列周期一致，每个一分四功分器和与之对应的一排毫米波天线辐射体通过毫米波探针连接在一起；各个一分四功分器之间通过毫米波金属化过孔隔开。

进一步的，所述C波段辐射贴片位于C波段金属地板的中心位置，并通过四个C波段馈电探针馈电，C波段馈电探针的一端与C波段辐射贴片连接，另一端穿过C波段金属地板与馈电网络层的C波段馈电电路连接在一起。

进一步的，所述C波段天线单元还包括C波段寄生结构，所述C波段寄生结构包括四个长方形结构的贴片，这四个贴片以C波段辐射贴片为中心，圆对称分布；C波段辐射贴片和C波段寄生结构印制在同一个C波段介质板材上，C波段寄生结构的每一个贴片中心通过寄生金属柱与C波段金属地板连接在一起。

进一步的，所述毫米波馈电过渡段包括位于中心位置的一根中心圆柱和分布在中心圆柱周围的多根外围圆柱，且外围圆柱以中心圆柱为中心圆对称分布。

进一步的，所述中心圆柱与毫米波馈电网络层的一分四功分器的总端口的传输线和馈电网络层的毫米波馈电电路相连，外围圆柱与C波段辐射贴片和C波段金属地板相连。

进一步的，所述馈电网络层包括馈电网络层介质板材，所述馈电网络层介质板材的介电常数为2.2，厚度为0.254mm。

进一步的，馈电网络层的C波段馈电电路为两个一分二差分馈电网络，两个一分二差分馈电网络的输出端口与C波段天线单元的四个C波段馈电探针连接在一起，以实现对C波段天线单元的馈电。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明将毫米波阵列天线的地板和C波段天线单元的辐射体组合，实现结构复用；C波段采用寄生贴片的微带天线形式，可以有效的展宽带宽，覆盖更宽的通信频段；毫米波天线单元采用偶极子的形式，组成4×4天线阵列，在扫描方向，天线单元阵列为4.95mm，即0.45倍的波长，最终可以实现±55度的扫描角度。本发明从多方面提高了大频比共口径天线的性能，尤其适用于大频比，且高频天线需要宽角度扫描的天线阵列系统。

2、本发明天线可应用在需要sub-6的通信频段，又需要高速数据传播的场景内，频率比可以达到1:8以上的共口径天线，隔离度都可以高于20dB，且高频可以频扫到±55度，因此本发明可以广泛的应用在基站天线。

附图说明

图1为一种结构复用的大频比双频共口径天线示意图。

图2为一种结构复用的大频比双频共口径天线分解侧视图。

图3为一种结构复用的大频比双频共口径天线的解耦合介质层俯视图。

图4为一种结构复用的大频比双频共口径天线的4×4毫米波天线阵列示意图。

图5为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波馈电网络层示意图。

图6为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段天线单元示意图。

图7为一种结构复用的大频比双频共口径天线的馈电网络层示意图。

图8为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段端口反射系数。

图9为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段同频隔离度。

图10为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段异频隔离度。

图11为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段0度方向图。

图12为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段0度交叉极化方向图。

图13为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段90度方向图。

图14为一种结构复用的大频比双频共口径天线的C波段90度交叉极化方向图。

图15为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波端口反射系数。

图16为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波同频隔离度。

图17为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波异频隔离度。

图18为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波天线阵列在24.25GHz频点处的波束扫描图。

图19为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波天线阵列在24.25GHz频点处的波束扫描图。

图20为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波天线阵列在26.875GHz频点处的波束扫描图。

图21为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波天线阵列在26.875GHz频点处的波束扫描图。

图22为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波天线阵列在29.5GHz频点处的波束扫描图。

图23为一种结构复用的大频比双频共口径天线的毫米波天线阵列在29.5GHz频点处的波束扫描图。

图24为一种结构复用的大频比双频共口径天线的解耦合介质层侧视图。

图中：

1、毫米波天线，2、C波段天线单元，3、馈电网络层，101、解耦合介质层，102、毫米波天线阵列，103、毫米波馈电网络层，201、C波段辐射贴片，202、C波段介质板材，203、C波段寄生结构，204、C波段金属地板，205、C波段馈电探针，206、寄生金属柱，207、毫米波馈电过渡段，301、馈电网络层介质板材，302、C波段馈电电路，303、C波段隔离电阻，304、毫米波馈电电路，1011、方形介质板，1012、长方体介质条，1013、矩形截面通孔，1021、毫米波天线辐射体，1022、毫米波探针，1024、毫米波金属地板，1031、一分四功分器，10311、总端口，10312、输出端口，1032、毫米波金属化过孔，1033、毫米波上地板，2071、中心圆柱，2072、外围圆柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

大频比共口径天线技术存在口径复用率，结构复杂，带宽窄，无法实现宽波束扫描的缺点，目前对于高频天线的性能要求越来越高，不能宽波束扫描已经不满足越来越高的通信要求。鉴于此，本发明提供了一种结构复用的大频比双频共口径天线，是一种可应用于移动通信及雷达领域的结构复用的大频比双频共口径天线，具有大频比，高隔离度，宽扫描角等特性。

如图1所示为本发明天线的整体结构示意图，自上而下分别为毫米波天线1、C波段天线单元2和馈电网络层3。本实施例中，天线整体尺寸为60mm×60mm×11.2mm。C波段天线频段为3.3-3.6GHz，毫米波段为24.25-29.5GHz。

优选的，在本发明的某一实施例中，如图2所示，毫米波天线1包括自上而下设置的解耦合介质层101、毫米波天线阵列102、毫米波馈电网络层103。其中，解耦合介质层101位于毫米波天线的顶部，其介电常数为2.2。如图3、图24所示，解耦合介质层101的结构包括具有一定厚度的方形介质板1011，所述方形介质板1011上布置有长方体介质条1012和矩形截面通孔1013。

优选的，长方体介质条1012呈现4列周期排列结构，矩形截面通孔1013位于长方体介质条1012上，呈现4×4周期排列结构。

进一步的，如图4所示，毫米波天线1的毫米波天线阵列102共16个毫米波天线辐射体1021，按照4×4排列而成。优选的，毫米波天线辐射体1021在垂直于解耦合介质层101上的长方体介质条1012方向（扫描方向）的单元间距为4.95mm，平行于解耦合介质层101上的长方体介质条1012方向（非扫描方向）的单元间距为7.5mm。优选的，毫米波天线辐射体1021为偶极子形式，呈现矩形结构。毫米波天线单元采用偶极子的形式，结合扫描方向天线单元阵列为4.95mm，即0.45倍的波长，最终可以实现±55度的扫描角度。

进一步的，毫米波天线1的毫米波天线阵列102的毫米波天线辐射体1021和解耦合介质层101上的矩形截面通孔1013上下对齐放置。

如图5所示为毫米波天线1的毫米波馈电网络层103结构示意图。在本发明的某一实施例中，毫米波馈电网络层103由4个一分四功分器1031周期排列组成，排列的周期与解耦合介质层101上的长方体介质条1012一致，每个一分四功分器1031和与之对应的一排的4个毫米波天线辐射体1021通过毫米波探针1022连接在一起。4个一分四功分器1031通过毫米波金属化过孔1032隔开。一分四功分器1031的总端口10311与图6中的中心圆柱2071相连，一分四功分器1031的四个输出端口10312与图4中的毫米波探针1022相连。

进一步的，本发明中的天线通过将毫米波阵列天线的地板和C波段天线单元的辐射体组合，实现结构复用。具体的，4×4毫米波天线阵列102的毫米波金属地板1024与毫米波馈电网络层103的毫米波上地板1033粘接在一起，C波段辐射贴片201同时作为毫米波馈电网络层103的下地板使用。

如图6所示为C波段天线单元的整体结构示意图。在某一实施例中，C波段天线单元由C波段辐射贴片201、C波段介质板材202、C波段寄生结构203、C波段金属地板204、C波段馈电探针205、寄生金属柱206、毫米波馈电过渡段207组成。C波段采用寄生贴片的微带天线形式，可以有效的展宽带宽，覆盖更宽的通信频段。

优选的，在本发明的某一实施例中，C波段辐射贴片201是方形结构，位于C波段金属地板204的中心位置，并通过四个C波段馈电探针205馈电。C波段馈电探针205的一端与C波段辐射贴片201连接，另一端穿过C波段金属地板204与馈电网络层3的C波段馈电电路302连接在一起。

进一步的，参见说明书附图6，C波段天线单元2的C波段寄生结构203由四个长方形结构的贴片构成，这四个贴片以C波段辐射贴片201为中心，呈圆对称分布，C波段辐射贴片201和C波段寄生结构203印制在同一个C波段介质板材202上。优选的，C波段介质板材202的介电常数为2.2，厚度为5mm。C波段寄生结构203的每一个长方形结构的贴片的中心通过寄生金属柱206与C波段金属地板204连接在一起。

更进一步的，参见说明书附图6，C波段天线单元2的毫米波馈电过渡段207将毫米波的信号从毫米波天线1引入到馈电网络层3的毫米波馈电电路304。毫米波馈电过渡段207由位于中心位置的一根中心圆柱2071和分布在中心圆柱2071周围的多根外围圆柱2072构成，周围的多根外围圆柱2072以中心圆柱2071为中心圆对称分布。中心圆柱2071与毫米波馈电网络层103的一分四功分器1031的总端口10311的传输线和馈电网络层3的毫米波馈电电路304相连，周围多根外围圆柱2072与C波段辐射贴片201和C波段金属地板204相连。

本发明实施例中，C波段天线单元2的C波段金属地板204和馈电网络层3的地板共用。

进一步的，在本发明的某一实施例中，如图7所示，馈电网络层由馈电网络层介质板材301、C波段馈电电路302、C波段隔离电阻303和毫米波馈电电路304构成。其中，C波段馈电电路302是两个一分二差分馈电网络，两个一分二差分馈电网络的输出端口与四个C波段馈电探针205连接在一起，以实现对C波段天线单元2的馈电，实现垂直和水平双极化工作特性，C波段隔离电阻303用于提高端口隔离度。毫米波馈电电路304与毫米波馈电过渡段207的中心圆柱2071连接在一起。优选的，馈电网络层3的馈电网络层介质板材301的介电常数为2.2，厚度为0.254mm。

通过上述结构设计，本发明从多方面提高了大频比共口径天线的性能，尤其适用于大频比，且高频天线需要宽角度扫描的天线阵列系统。

如图8所示为本发明C波段天线的端口反射系数，可以看出，两个极化S11、S22在所需的3.3GHz-3.6GHz的范围内均小于-10dB。图9为本发明C波段天线同频隔离度，可以看到，在3.3GHz-3.6GHz内，S12小于-45dB，即隔离度可以到达45dB以上。图10为本发明C波段异频隔离度，可以看到，在3.3GHz-3.6GHz内，S13、S14、S15、S16、S23、S24、S25、S26均小于-35dB，即隔离度可以达到35dB以上。

图11为本发明C波段0度方向图，最高增益为7.2dB。图12为本发明C波段0度交叉极化方向图。图13为本发明C波段90度方向图，最高增益为7.2dB。图14为本发明C波段90度交叉极化方向图。

图15为本发明mm波段端口反射系数，毫米波天线阵列的四个端口为端口3，4，5，6，反射系数分别为S33，S44 S55和S66，可以看到，在24.25GHz-29.5GHz内，均小于-10dB；图16为本发明mm波段同频隔离度，图中，S34，S45，S56为相邻端口之间的传输系数，S35，S46为天线间隔一列端口之间的传输系数，S36为天线间隔两列端口之间的传输系数，可以看到，在24.25GHz-29.5GHz内，隔离度均大于20dB。图17为本发明mm波段异频隔离度，可以看到，在24.25GHz-29.5GHz内，隔离度均大于20dB。图17中，端口1和端口2为低频C波段天线端口，端口3，4，5，6为高频毫米波天线的端口，S13，S14，S15，S16，S23，S24，S25，S26为高低频天线端口之间的传输系数，图10为从低频上看异频隔离度，图17为从高频上看异频隔离度。

图18为本发明mm波段在24.25GHz时的扫描图，可以扫到-58度。图19为本发明mm波段在24.25GHz时的扫描图，可以扫到+58度。图20为本发明mm波段在26.875GHz时的扫描图，可以扫到-56度。图21为本发明mm波段在26.875GHz时的扫描图，可以扫到+56度。图22为本发明mm波段在29.5GHz时的扫描图，可以扫到-56度。图23为本发明mm波段在29.5GHz时的扫描图，可以扫到+56度。

综上所述，本发明的一种结构复用的大频比双频共口径天线可覆盖3.3-3.6GHz的5G通信频带，还可以覆盖24.25-29.5GHz的5G毫米波频带，且同频和异频隔离度都在20dB以上，满足天线的正常工作。且两个频段的天线在辐射方向图上的互相耦合影响较小，4×4毫米波阵列天线可以在全频段达到±55度以上的扫描角度，可应用在日常的基站天线。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，包括自上而下依次设置的毫米波天线（1）、C波段天线单元（2）和馈电网络层（3）；所述毫米波天线（1）包括解耦合介质层（101）、毫米波天线阵列（102）和毫米波馈电网络层（103），C波段天线单元（2）包括C波段辐射贴片（201）；毫米波天线阵列（102）的毫米波金属地板（1024）与毫米波馈电网络层（103）的毫米波上地板（1033）粘接在一起，C波段辐射贴片（201）同时作为毫米波馈电网络层（103）的下地板使用。

2.根据权利要求1所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述C波段天线单元（2）还包括毫米波馈电过渡段（207）和C波段金属地板（204），所述C波段金属地板（204）与馈电网络层（3）的地板共用；所述毫米波馈电过渡段（207）用于将毫米波的信号从毫米波天线（1）引入到馈电网络层（3）的毫米波馈电电路（304）。

3.根据权利要求1所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述解耦合介质层（101）位于毫米波天线（1）的顶部，包括方形介质板（1011）和在所述方形介质板（1011）上周期性排列的若干个长方体介质条（1012），沿所述长方体介质条（1012）长度方向上阵列设置有若干矩形截面通孔（1013）。

4.根据权利要求3所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述毫米波天线阵列（102）包括若干偶极子形式的毫米波天线辐射体（1021），所述毫米波天线辐射体（1021）和解耦合介质层（101）上的矩形截面通孔（1013）一一上下对齐布置。

5.根据权利要求4所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述毫米波天线阵列（102）按照4×4排列共布置有16个毫米波天线辐射体（1021），所述毫米波天线辐射体（1021）在扫描方向上的单元间距为4.95mm，非扫描方向上的单元间距为7.5mm。

6.根据权利要求3所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述毫米波馈电网络层（103）包括周期性排列的若干个一分四功分器（1031），其排列周期与长方体介质条（1012）的排列周期一致，每个一分四功分器（1031）和与之对应的一排毫米波天线辐射体（1021）通过毫米波探针（1022）连接在一起；各个一分四功分器（1031）之间通过毫米波金属化过孔（1032）隔开。

7.根据权利要求2所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述C波段辐射贴片（201）位于C波段金属地板（204）的中心位置，并通过四个C波段馈电探针（205）馈电，C波段馈电探针（205）的一端与C波段辐射贴片（201）连接，另一端穿过C波段金属地板（204）与馈电网络层（3）的C波段馈电电路（302）连接在一起。

8.根据权利要求1所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述C波段天线单元（2）还包括C波段寄生结构（203），所述C波段寄生结构（203）包括四个长方形结构的贴片，这四个贴片以C波段辐射贴片（201）为中心，圆对称分布；C波段辐射贴片（201）和C波段寄生结构（203）印制在同一个C波段介质板材（202）上，C波段寄生结构（203）的每一个贴片中心通过寄生金属柱（206）与C波段金属地板（204）连接在一起。

9.根据权利要求2所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述毫米波馈电过渡段（207）包括位于中心位置的一根中心圆柱（2071）和分布在中心圆柱（2071）周围的多根外围圆柱（2072），且外围圆柱（2072）以中心圆柱（2071）为中心圆对称分布。

10.根据权利要求9所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述中心圆柱（2071）与毫米波馈电网络层（103）的一分四功分器（1031）的总端口的传输线和馈电网络层（3）的毫米波馈电电路（304）相连，外围圆柱（2072）与C波段辐射贴片（201）和C波段金属地板（204）相连。

11.根据权利要求1所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，所述馈电网络层（3）包括馈电网络层介质板材（301），所述馈电网络层介质板材（301）的介电常数为2.2，厚度为0.254mm。

12.根据权利要求7所述的一种结构复用的大频比双频共口径天线，其特征在于，馈电网络层（3）的C波段馈电电路（302）为两个一分二差分馈电网络，两个一分二差分馈电网络的输出端口与C波段天线单元（2）的四个C波段馈电探针（205）连接在一起，以实现对C波段天线单元（2）的馈电。