CN210468102U

CN210468102U - 一种双圆极化微带天线单元

Info

Publication number: CN210468102U
Application number: CN201921877448.6U
Authority: CN
Inventors: 宋长宏; 梅立荣; 李振生; 邓智勇
Original assignee: CETC 54 Research Institute
Current assignee: CETC 54 Research Institute
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2029-11-04

Abstract

本实用新型公开了一种双圆极化微带天线单元，属于圆极化阵列天线技术领域。其包括圆形贴片、泡沫隔层、微波介质板以及背腔，微波介质板的正面覆铜结构中具有四个弧形缝隙，微波介质板的背面覆铜结构中具有两个双极化微带馈线，双极化微带馈线为一个具有三个分段的折线，其中，第一分段以微波介质板的一边中点为起点并沿该边上的中轴线延伸到弧形缝隙所在圆的内部，第二分段的延伸方向与对角线平行，第二分段的终点位于另一双极化微带馈线第一分段的延长线上，第三分段沿另一双极化微带馈线第一分段的延长线延伸到弧形缝隙所在圆的外部。本实用新型天线单元结构简单、紧凑，为双圆极化辐射，可作为数字多波束天线小尺寸辐射单元，实现波束的控制和扫描。

Description

一种双圆极化微带天线单元

技术领域

本实用新型涉及卫星通信、微波通信以及圆极化阵列天线技术领域，特别是指一种双圆极化微带天线单元。

背景技术

目前，数字多波束扫描天线广泛应用在微波通信系统中，该体制的天线在数字域实现对天线阵列波束赋形、波束扫描、抗干扰等功能，对天线阵列来说，其关键技术集中在构成天线阵列的辐射单元。通常，为了满足天线阵列的高性能工作，往往要求天线单元满足电小尺寸、高隔离度、多极化、宽波束等特性。

现有的天线单元通常有以下几种形式：

1、喇叭口天线：通常为角锥喇叭口天线形式，其特点是增益高，结构简单，但需要借助波导馈电，外形尺寸较大，难以实现电小尺寸，设计成本较高。

2、微带贴片天线：该天线形式具有轮廓低、可集成有源器件、可实现辐射单元与网络一体化设计的，但天线的介质损耗较大，存在寄生效应，端口隔离、多极化性能较差。

3、介质谐振天线（DRA）：该形式天线在可实现电小尺寸设计，结构简单，但方向图质量较差，辐射不均匀，不适用于扫描阵列天线单元。

4、表面集成波导（SIW）天线：该天线结构可实现电小设计、高集成度，尤其工作在较高的频段时优势明显，但是，由于电磁结构所限，这种天线难以实现多极化设计，且表面波效应，耦合较大，不适用于作为相控阵天线单元使用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出一种双圆极化微带天线单元，其具有双圆极化辐射、高隔离度、结构紧凑等特点。

基于上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

1.一种双圆极化微带天线单元，其包括从上到下依次设置且几何中心共线的圆形贴片、方形泡沫隔层、方形微波介质板以及方形背腔，所述微波介质板具有双面覆铜结构，微波介质板的正面覆铜结构中具有四个以微波介质板几何中心为圆心的大小相同、分布均匀的共圆弧形缝隙，微波介质板的背面覆铜结构中具有相对于微波介质板的一条对角线呈镜像对称的两个双极化微带馈线，所述对角线同时将四个弧形缝隙分成镜像对称的两组，所述双极化微带馈线为一个具有三个分段的折线，其中，第一分段以微波介质板的一边中点为起点并沿该边上的中轴线延伸到弧形缝隙所在圆的内部，第二分段的延伸方向与所述对角线平行，第二分段的终点位于另一双极化微带馈线第一分段的延长线上，第三分段沿另一双极化微带馈线第一分段的延长线延伸到弧形缝隙所在圆的外部。

进一步地，所述圆形贴片为铜箔，圆形贴片通过导电胶粘在所述泡沫隔层的上表面上。

进一步地，所述微波介质板的正面覆铜结构中还具有沿所述对角线延伸的隔离缝隙，所述隔离缝隙位于所述对角线的正中并将两组弧形缝隙隔开。

进一步地，所述双极化微带馈线的第二分段上还连接有相位调整枝节，所述相位调整枝节以第二分段的中点为起点沿微波介质板的另一条对角线延伸到弧形缝隙所在圆的外部。

进一步地，所述圆形贴片的直径为0.35λ₀，所述泡沫隔层的厚度为0.08λ₀，所述弧形缝隙的长度为0.27λ₀、宽度为0.012λ₀，所述背腔的内腔深度为0.13λ₀、内腔底边长为0.47λ₀；所述λ₀为天线中心频率的对应波长。

进一步地，所述隔离缝隙的长度为0.485λ₀，宽度为0.012λ₀。

从上面的叙述可以看出，本实用新型技术方案的有益效果在于：

1、本实用新型天线单元结构简单、紧凑，为双圆极化辐射，可作为数字多波束天线小尺寸辐射单元，实现波束的控制和扫描。

2、本实用新型性能良好，其天线阻抗带宽可大于20%，带宽内增益可大于5.5dB，端口隔离度可大于22dB，小于3dB的轴比带宽可大于15%，端口隔离大于22dB的带宽可大于25%。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。

图1是本实用新型实施例中天线单元的结构示意图。

图2是图1中圆形贴片的结构示意图。

图3是图1中微波介质板的结构示意图。

图4是图1中背腔的结构示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

如图1～4所示，一种双圆极化微带天线单元，其包括从上到下依次设置且几何中心共线的圆形贴片1、方形泡沫隔层2、方形微波介质板3以及方形背腔4，所述微波介质板具有双面覆铜结构，微波介质板3的正面覆铜结构中具有四个以微波介质板几何中心为圆心的大小相同、分布均匀的共圆弧形缝隙7，微波介质板3的背面覆铜结构中具有相对于微波介质板的一条对角线呈镜像对称的两个双极化微带馈线5，所述对角线同时将四个弧形缝隙7分成镜像对称的两组，所述双极化微带馈线5为一个具有三个分段的折线，其中，第一分段以微波介质板的一边中点A为起点并沿该边上的中轴线延伸到弧形缝隙所在圆内部的点B，第二分段的延伸方向与所述对角线平行，第二分段的终点C位于另一双极化微带馈线第一分段的延长线上，第三分段沿另一双极化微带馈线第一分段的延长线延伸到弧形缝隙所在圆的外部。

此外，所述微波介质板的正面覆铜结构中还可具有沿所述对角线延伸的隔离缝隙8，所述隔离缝隙位于所述对角线的正中并将两组弧形缝隙隔开。所述双极化微带馈线的第二分段上还可连接有相位调整枝节6，所述相位调整枝节6以第二分段的中点为起点沿微波介质板的另一条对角线延伸到弧形缝隙所在圆的外部。

该天线单元主要由圆形贴片1、泡沫隔层2、微波介质板3、方形背腔4组成，其中圆形贴片1位于天线最上层，其下表面固定在泡沫的上表面，泡沫隔层2与圆形贴片1作为一个整体固定在微波介质板3的上表面，馈电结构设置在微波介质板的上、下表面；其中上表面为缝隙层，下表面为微带馈电网络；缝隙层设置有四个弧形缝隙7，其关于微波介质板3几何中心O对称；隔离缝隙8起到改善双极化端口隔离的作用，其设置在四个弧形缝隙7所包围的内部区域，微带馈线网络为一对双极化微带馈线5，实现双圆极化波电磁激励；背腔4设置在天线的最底层位置，起到反射电磁波和支撑的作用。

具体来说，圆形贴片可以采用铜箔制成，铜箔材质的圆形贴片1位于天线最上层，其作用是接收、发射电磁信号，并按照一定的空间功率波束覆盖要求，实现辐射方向图的优化设计，圆形贴片1的直径为0.35λ₀（λ₀为天线中心频率的对应波长），借助导电胶粘贴在泡沫隔层2上，圆形贴片1的几何中心与泡沫隔层2、微波介质板3、方形背腔4的几何中心共线。

泡沫隔层2的介电常数接近于空气，质量较轻，可等效为空气介质，同时作为圆形贴片1的物理支撑结构，其厚度为0.08λ₀。

微波介质板3上表面敷铜层设置有四个弧形缝隙7，其关于微波介质板3几何中心O对称，弧形缝隙7的长度为0.27λ₀，缝隙宽度约为0.012λ₀，弧形缝隙7是由规则圆环截取一部分所构成，规则圆环的圆心与微波介质板3的几何中心O重合。

隔离缝隙8的几何中心点与微波介质板3的几何中心O重合，延伸方向与第二分段平行，缝隙长度为0.485λ₀，缝隙宽度为0.012λ₀。

微波介质板3下表面设置了一对双极化微带馈线5，实现双圆极化波电磁激励，其关于隔离缝隙8镜像对称，双极化微带馈线5的起点为微波介质板3一边缘的中心位置，双极化微带馈线的由三条分段L₁、L₂、L₃组成，其中：

L₁段馈线路径：从起点A指向微波介质板3的几何中心O，其路径经过弧形缝隙7在微波介质板3下表面的投影区域，终点为点B；

L₂段馈线路径：以点B为起点，其走线的方向与分段L1的方向呈45°，其终点C与相邻弧形缝隙7的几何中心连线与微波介质板3的一条边垂直；

L3段馈线路径：以点C为起点，沿着向量OC方向，其路径经过一弧形缝隙7在微波介质板3下表面的投影区域。

背腔4设置在天线的最底层位置，起到反射电磁波和支撑的作用，内腔底边长为0.47λ₀，腔深0.13λ₀。

本天线的工作原理如下：

当发射信号时，发射机通过同轴接插件发射信号，馈线分别激励一对相邻的弧形缝隙7，在微波介质板3上表面激励形成正交、幅度相等，相位差90°的两极化波，其能量合成由双极化微带馈线5进行功率合成，在背腔4的反射作用下实现定向辐射，经过泡沫介质耦合到圆形贴片1上，产生谐振，并辐射到自用空间。同理，天线的接收为发射信号的互易过程。

本专利实用新型人通过研究发现，按照上述天线结构尺寸配置，天线轴比小于3dB的带宽为15%，天线极化端口隔离度大于25dB。

总之，本实用新型结构简单，性能优良，具有双圆极化辐射、高隔离度、结构紧凑等特点，可作为数字多波束天线小尺寸辐射单元，实现波束的控制和扫描。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims

1.一种双圆极化微带天线单元，其特征在于，包括从上到下依次设置且几何中心共线的圆形贴片、方形泡沫隔层、方形微波介质板以及方形背腔，所述微波介质板具有双面覆铜结构，微波介质板的正面覆铜结构中具有四个以微波介质板几何中心为圆心的大小相同、分布均匀的共圆弧形缝隙，微波介质板的背面覆铜结构中具有相对于微波介质板的一条对角线呈镜像对称的两个双极化微带馈线，所述对角线同时将四个弧形缝隙分成镜像对称的两组，所述双极化微带馈线为一个具有三个分段的折线，其中，第一分段以微波介质板的一边中点为起点并沿该边上的中轴线延伸到弧形缝隙所在圆的内部，第二分段的延伸方向与所述对角线平行，第二分段的终点位于另一双极化微带馈线第一分段的延长线上，第三分段沿另一双极化微带馈线第一分段的延长线延伸到弧形缝隙所在圆的外部。

2.根据权利要求1所述的双圆极化微带天线单元，其特征在于，所述圆形贴片为铜箔，圆形贴片通过导电胶粘在所述泡沫隔层的上表面上。

3.根据权利要求1所述的双圆极化微带天线单元，其特征在于，所述微波介质板的正面覆铜结构中还具有沿所述对角线延伸的隔离缝隙，所述隔离缝隙位于所述对角线的正中并将两组弧形缝隙隔开。

4.根据权利要求1所述的双圆极化微带天线单元，其特征在于，所述双极化微带馈线的第二分段上还连接有相位调整枝节，所述相位调整枝节以第二分段的中点为起点沿微波介质板的另一条对角线延伸到弧形缝隙所在圆的外部。

5.根据权利要求1所述的双圆极化微带天线单元，其特征在于，所述圆形贴片的直径为0.35λ₀，所述泡沫隔层的厚度为0.08λ₀，所述弧形缝隙的长度为0.27λ₀、宽度为0.012λ₀，所述背腔的内腔深度为0.13λ₀、内腔底边长为0.47λ₀；所述λ₀为天线中心频率的对应波长。

6.根据权利要求3所述的双圆极化微带天线单元，其特征在于，所述隔离缝隙的长度为0.485λ₀，宽度为0.012λ₀。