CN208208987U - 一种高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及的是一种高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线。所述微带阵列天线包括寄生层、辐射层、寄生层与辐射层之间的介质层、馈电层以及固定件；本实用新型提供的天线采用高介电常数基板、H形缝隙耦合结构提高了馈电的耦合效率，缩减缝隙尺寸，改善了端口间隔离度及交叉极化电平；引入寄生贴片拓宽了天线的阻抗带宽；通过2×2的阵列结构获得较高的天线增益；通过设计较为稀疏的并联馈电网络并在馈线密集处排布金属过孔进行隔挡，减小馈线间的互耦从而进一步提高端口间隔离度，降低交叉极化电平。

Description

一种高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及的是一种高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线。

背景技术

近年来，由于频谱资源日益消耗，通信密集化程度不断提升，单极化天线已经不能够完全满足现代通信在频谱利用率、抗干扰等方面的需求，因此双极化天线应运而生。双极化天线能够提供两路正交的线极化或圆极化波，通过极化分集实现频率复用，提高频率利用率和通信系统容量；通过极化切换提高抗干扰能力，此外目标的散射特性、信号的传播特性以及天线的收发特性均与极化形式有关，因此，双极化天线在天线研究领域具有非常重要的意义。微带天线具有结构简单、低剖面、易于集成和共形等优点，因而发展迅速，应用广泛，是较常采用的双极化天线形式。

双极化天线的主要性能体现在端口隔离度和交叉极化电平。在空间尺寸受限或是共辐射口径情况下，双极化微带天线端口间的隔离度一般较差，极化纯度不高，采用各类耦合馈电结构及混合结构的天线改进了天线性能，一般双极化微带天线端口隔离度能够达到30～40dB，交叉极化电平小于-20dB。当构成天线阵列后，由于辐射阵元间的互耦、馈电网络间的耦合及伪辐射会造成端口隔离度和交叉极化电平进一步恶化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，该种天线具备可实现双极化辐射、端口隔离度高、交叉极化电平低、频带宽、增益高的特点。

本实用新型的技术方案是：

一种高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，包括寄生层、辐射层、寄生层与辐射层之间的介质层、馈电层以及固定件，自上而下，天线顶层为寄生层，寄生层包括寄生贴片与第二介质板，寄生贴片印刷在第二介质板的下表面；辐射层包括辐射贴片与第一介质板，辐射贴片印刷在第一介质板的上表面；寄生层与辐射层之间的介质层中的介质为空气；所述辐射层和寄生层用于形成对外的电磁波辐射；馈电层位于辐射层下面，包括第一馈电部、第二馈电部、第三介质板、接地板及金属过孔，接地板紧贴第一介质板，接地板下面为第三介质板，第三介质板的下面为第一馈电部和第二馈电部，所述馈电层用于向辐射层及寄生层馈入电磁波信号。各层介质板之间通过固定件5进行固定。

所述寄生贴片与辐射贴片的形状均为圆形，个数均为四个，寄生贴片与辐射贴片的中心一一对应；所述第二介质板和第三介质板通过接地板紧密的压合在一起，固联为一体；

接地板上刻蚀有八个H形缝隙，每两个H形缝隙之间呈T形放置，形成一组，共分四组；所述第一馈电部由第一端口和第一传输线组成，通过第一端口向第一馈电部馈入电磁波信号；所述第二馈电部由第二端口和第二传输线组成，通过第二端口向第二馈电部馈入电磁波信号。

所述辐射贴片、寄生贴片、第一馈电部、第二馈电部和接地板均为金属导体薄片，通过敷铜印刷工艺敷设在介质板上。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的天线采用高介电常数基板、H形缝隙耦合结构提高了馈电的耦合效率，缩减缝隙尺寸，改善了端口间隔离度及交叉极化电平；引入寄生贴片拓宽了天线的阻抗带宽；通过2×2的阵列结构获得较高的天线增益；通过设计较为稀疏的并联馈电网络并在馈线密集处排布金属过孔进行隔挡，减小馈线间的互耦从而进一步提高端口间隔离度，降低交叉极化电平。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2为图1中虚线框中一个单元阵列天线的俯视图(a)及侧视图(b)；

图3是本实用新型中馈电层的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

图1为本实用新型的整体结构示意图，图2为图1中所示的虚线框中一个单元阵列天线的俯视图(a)及侧视图(b)，图3是本实用新型馈电层的俯视图。

从图中可以看到，本实用新型提供的高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线包括辐射层1、寄生层2、馈电层3、辐射层1和寄生层2之间的介质层4以及固定件5。其中辐射层包括四片辐射贴片11与第一介质板12，寄生层包括四片寄生贴片21与第二介质板22，馈电层3包括第一馈电部31、第二馈电部32、第三介质板33、接地板34及金属过孔35，辐射层1和寄生层2之间介质层4 中的介质为空气。其中，辐射贴片11包括四个贴片单元、寄生贴片21包括四个贴片单元、第一馈电部31、第二馈电部32和接地板34均为金属导体薄片，通过敷铜印刷工艺敷设在介质板上；第一介质板12的介电常数为ε₁(ε₁＝2.2)，厚度为T₁(T₁＝5mm)，第二介质板22的介电常数为ε₂(ε₂＝2.2)，厚度为T₂(T₂＝1mm)，第三介质板33的介电常数为ε₃(ε₃＝6)，厚度为T₃(T₃＝0.8mm)；各层介质板之间通过固定件5进行固定，所述固定件5为尼龙柱或尼龙螺钉。

如图2所示，本实施例中四片辐射贴片11、四片寄生贴片21均采用圆形结构，实际情况中可以采用正方形等具有90°旋转对称特征的形状。本实施例中，第一介质板12和第二介质板22之间的介质层4中的介质为空气，间距为H (H＝11mm)，实际情况中也可以采用泡沫、高分子板等其他绝缘材料代替空气，以减小天线被击穿的概率；第一介质板12与第三介质板33通过接地板34紧密地压合在一起。在垂直方向上进行投影，辐射贴片11与寄生贴片21的投影中心相重合。

如图3所示，馈电层3包括第一馈电部31、第二馈电部32、第三介质板33、接地板34及金属过孔35。其中第一馈电部31包括第一端口311及第一传输线 312，第二馈电部32包括第二端口321及第二传输线322；接地板34为金属导体薄片，上面刻蚀有八个H形缝隙341，每两个H形缝隙呈T形放置，形成一组，共分四组；第一馈电部31、第二馈电部32与接地板34上H形缝隙的交点投影关于辐射贴片中心对称。本实用新型中除图2外的其他另外三组也满足上述准则。金属过孔35为穿透第三介质板33的六组小孔阵，每组小孔阵位于两条平行馈线之间的中点处，小孔内壁涂覆有金属。第一馈电部31由第一端口311 激励，沿第一个T形分支向下传递，经过第二级的两个T形分支分成四路后分别激励接地板上的四个H形缝隙341，并将电磁能量耦合传递到辐射层1的辐射贴片11和寄生层2的寄生贴片21上，从而激励起天线的一个极化场；第二馈电部32由第二端口321激励，沿第一个T形分支向下传递，经过第二级的两个T形分支分成四路后分别激励接地板上的四个H形缝隙341，并将电磁能量耦合传递到辐射层1的辐射贴片11和寄生层2的寄生贴片21上，从而激励起天线的另一个极化场。

本实用新型采用高介电常数(ε₃＝6.0)基板、H形缝隙耦合结构提高了馈电的耦合效率，缩减缝隙尺寸，改善了端口间隔离度及交叉极化电平；另外通过设计较为稀疏的并联馈电网络并在馈线密集处排布金属过孔进行隔挡，减小馈线间的互耦从而进一步提高端口间隔离度，降低交叉极化电平。

本实施例中，用本实用新型的方法设计了双极化天线，经实际测试，天线的两个馈电端口的输入端反射损耗在2.2～2.7GHz频率范围内小于-10dB，相对带宽达到20％。在上述频率范围内，天线的两个馈电端口处实测隔离度高于 45dB，各端口实测增益高于12dBi，各端口任意极化的实测最大辐射方向上交叉极化电平低于-30dB。

通过调整辐射贴片、寄生贴片和耦合缝隙的尺寸，可设计出具有相似性能，用于不同频段的双极化阵列天线。

Claims (7)

1.一种高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，其特征在于：所述微带阵列天线包括寄生层、辐射层、寄生层与辐射层之间的介质层、馈电层以及固定件；自上而下，天线顶层为寄生层，寄生层包括寄生贴片与第二介质板，寄生贴片印刷在第二介质板的下表面；辐射层包括辐射贴片与第一介质板，辐射贴片印刷在第一介质板的上表面；寄生层与辐射层之间的介质层中的介质为空气；所述辐射层和寄生层用于形成对外的电磁波辐射；馈电层位于辐射层下面，包括第一馈电部、第二馈电部、第三介质板、接地板及金属过孔，接地板紧贴第一介质板，接地板下面为第三介质板，第三介质板的下面为第一馈电部和第二馈电部，所述馈电层用于向辐射层及寄生层馈入电磁波信号；各层介质板之间通过固定件进行固定；

所述寄生贴片与辐射贴片的形状均为圆形，个数均为四个，寄生贴片与辐射贴片的中心一一对应；所述第二介质板和第三介质板通过接地板紧密的压合在一起，固联为一体；

接地板上刻蚀有八个H形缝隙，每两个H形缝隙之间呈T形放置，形成一组，共分四组；所述第一馈电部由第一端口和第一传输线组成，通过第一端口向第一馈电部馈入电磁波信号；所述第二馈电部由第二端口和第二传输线组成，通过第二端口向第二馈电部馈入电磁波信号。

2.根据权利要求1所述高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，其特征在于：所述辐射贴片、寄生贴片、第一馈电部、第二馈电部和接地板均为金属导体薄片，通过敷铜印刷工艺敷设在介质板上。

3.根据权利要求1所述高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，其特征在于：所述第一介质板的介电常数ε₁＝2.2，厚度T₁＝5mm，第二介质板的介电常数ε₂＝2.2，厚度T₂＝1mm，第三介质板的介电常数为ε₃＝6，厚度T₃＝0.8mm；当第一介质板和第二介质板之间的介质层中的介质为空气时，间距H＝11mm。

4.根据权利要求1所述高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，其特征在于：四片所述寄生贴片可以采用正方形等具有90°旋转对称特征的形状。

5.根据权利要求1所述高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，其特征在于：可以采用泡沫、高分子板这类绝缘材料代替空气作为第一介质板和第二介质板之间介质层中的介质。

6.根据权利要求1所述高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，其特征在于：所述固定件为尼龙柱或尼龙螺钉。

7.根据权利要求1至6任一条所述高隔离低交叉极化双极化微带阵列天线，其特征在于：还具有金属过孔，所述金属过孔为穿透第三介质板的六组小孔阵，每组小孔阵位于两条平行馈线之间的中点处，小孔内壁涂覆有金属。