CN212303902U - 一种天线单元、相控阵天线及通讯装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种天线单元、相控阵天线及通讯装置。其中，金属腔包括依次连接的第一腔体、第二腔体以及第三腔体；第一介质块安装于第一腔体内，辐射贴片安装于第一介质块远离第二腔体的一侧的表面；第二介质块安装于第二腔体内，连接器安装于第三腔体内，第二介质块的一侧开设槽体，L形馈电探针的一端穿过槽体的壁安装于连接器的内芯处；第二腔体的腔壁上设有连接孔，L形馈电探针的另一端穿设于连接孔，并与金属腔传导连接。其中，L形馈电探针的一端穿过槽体的壁安装于连接器的内芯处可以与射频模块直接连接，抗抖动性能更强，更适用于星载卫星。

Description

一种天线单元、相控阵天线及通讯装置

技术领域

本申请涉及通信领域，具体而言，涉及一种天线单元、相控阵天线及通讯装置。

背景技术

随着智能移动终端技术的日渐成熟，互联网应用服务迅速发展。建设覆盖广泛、经济实用的卫星互联网，弥补地面网络的覆盖性不足和传统卫星网络的容量不足，成为世界各国为推动经济增长而大力构建的重要基础设施。LEO卫星互联网是未来5G时代的重要组成部分，要求实现超带宽和高速率通信，且工作频段越来越往毫米波波段发展。导致现有的天线很难满足星载卫星对于天线的要求。如何创造一种满足星载卫星要求的天线，成为了亟待本领技术人员解决的难题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种天线单元、相控阵天线及通讯装置，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种天线单元，所述天线单元包括辐射贴片、第一介质块、第二介质块、L形馈电探针、金属腔以及绝缘的连接器；

所述金属腔包括依次连接的第一腔体、第二腔体以及第三腔体；

所述第一介质块安装于所述第一腔体内，所述辐射贴片安装于所述第一介质块远离所述第二腔体的一侧的表面；

所述第二介质块安装于所述第二腔体内，所述连接器安装于所述第三腔体内，所述第二介质块的一侧开设槽体，所述L形馈电探针的一端穿过所述槽体的壁安装于所述连接器的内芯处；

所述第二腔体的腔壁上设有连接孔，所述L形馈电探针的另一端穿设于所述连接孔，并与所述金属腔传导连接。

进一步地，所述L形馈电探针从邻近所述连接器的一端到另一端的截面直径递增。

进一步地，所述L形馈电探针的另一端穿设于所述连接孔与所述金属腔焊点连接。

进一步地，所述第二腔体为矩形腔，所述第二介质块为矩形介质块。

进一步地，所述第一腔体为圆形腔，所述第一介质块为圆形介质块。

进一步地，所述第一腔体的内壁设置有至少一条凸起，所述第一介质块对应设置有至少一条卡槽，所述第一腔体和所述第一介质块通过凸起和卡槽卡合连接。

进一步地，所述第一介质块和所述第二介质块均为聚酰亚胺介质块。

第二方面，本申请实施例提供一种相控阵天线，所述相控阵天线包括至少一个天线阵元，所述天线阵元包括4个上述的天线单元；

所述天线阵元中任意相邻的两个所述天线单元的相位差为90°。

进一步地，所述相控阵天线还包括金属盖板，所述金属盖板对应所述天线单元的位置开设发射孔，所述天线单元的金属腔与所述金属盖板传导连接，所述天线单元的第一介质块穿设于所述发射孔。

第三方面，本申请实施例提供一种通讯装置，所述通讯装置包括上述的相控阵天线。

相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种天线单元、相控阵天线及通讯装置的有益效果：金属腔包括依次连接的第一腔体、第二腔体以及第三腔体；第一介质块安装于第一腔体内，辐射贴片安装于第一介质块远离第二腔体的一侧的表面；第二介质块安装于第二腔体内，连接器安装于第三腔体内，第二介质块的一侧开设槽体，L形馈电探针的一端穿过槽体的壁安装于连接器的内芯处；第二腔体的腔壁上设有连接孔，L形馈电探针的另一端穿设于连接孔，并与金属腔传导连接。其中，L形馈电探针的一端穿过槽体的壁安装于连接器的内芯处可以与射频模块直接连接，抗抖动性能更强，更适用于星载卫星。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本申请实施例提供的天线单元的部件的剖视图；

图2为本申请实施例提供的天线单元的爆炸图；

图3为本申请实施例提供的相控阵天线的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的天线单元的另一种爆炸图；

图5为本申请实施例提供的相控阵天线的另一种结构示意图；

图6为本申请实施例提供的相控阵天线的另一种结构示意图。

图中：1-天线阵元；2-金属盖板；10-天线单元；101-辐射贴片；102-第一介质块；103-第二介质块；104-L形馈电探针；105-金属腔；106-连接器；107-焊点；105-1-第一腔体；105-2-第二腔体；105-3-第三腔体；106-1-壳体；106-2-结构腔；108-定位块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

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。同时，在本申请的描述中，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。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

随着智能移动终端技术的日渐成熟，互联网应用服务迅速发展。建设覆盖广泛、经济实用的卫星互联网，弥补地面网络的覆盖性不足和传统卫星网络的容量不足，成为世界各国为推动经济增长而大力构建的重要基础设施。LEO卫星互联网是未来5G时代的重要组成部分，要求实现超带宽和高速率通信，且工作频段越来越往毫米波波段发展，这也给星载卫星天线提出了很高的要求。

对于低轨LEO星载天线，由于其特殊的太空电磁环境，要求天线能够：(1)抗辐照，避免材料性能在电磁环境下失效；(2)在较大的温度变化范围内形变小；(3)重量轻，减小卫星载荷；(4)低轨卫星视角宽，要求天线有很宽的波束覆盖。

而目前常用的星载天线类型主要有：单极子天线、螺旋天线、喇叭天线、反射面天线等。其缺点主要为：(1)随着高通量卫星的需求越来越多，对天线的带宽和增益要求也不断提高，用传统的天线实现，在尺寸和成本上更困难；(2)传统天线只能实现固定单波束或者多波束，对于波束较多的只能采用反射面式实现，反射面尺寸大，且到ka频段对表面平整度要求很高，为了减轻重量，使用的材料和工艺成本都很高。

相对于上述天线，相控阵天线具有很大优势：(1)阵列替代单一天线，增益大大提高，弥补了路径损耗，提高了通信质量；(2)同等增益条件下，相控阵天线口径面积较反射面天线小25％，且剖面可以做到仅0.5个波长，尺寸优势明显；(3)可以频率复用，实现动态多波束，波束可实时调整，且扫描角度大，覆盖范围广；(4)便于集成设计，采用低成本相控阵天线技术，有效降低成本。

请参考图1，本申请实施例提供了一种可能的天线单元10，图1为天线单元10的结构示意图。

天线单元10包括辐射贴片101、第一介质块102、第二介质块103、L形馈电探针104、金属腔105以及绝缘的连接器106。

金属腔105包括依次连接的第一腔体105-1、第二腔体105-2以及第三腔体105-3。

第一介质块102安装于第一腔体105-1内，辐射贴片101安装于第一介质块102远离第二腔体105-2的一侧的表面。

第二介质块103安装于第二腔体105-2内，连接器106安装于第三腔体105-3内，第二介质块103的一侧开设槽体，L形馈电探针104的一端穿过槽体的壁安装于连接器106的内芯处。

第二腔体105-2的腔壁上设有连接孔，L形馈电探针104的另一端穿设于连接孔，并与金属腔105传导连接。

辐射贴片101用于产生圆极化波。第一介质块102用于安装辐射贴片101，并起到阻抗匹配的作用。第二介质块103用于支撑L形馈电探针104，并起到阻抗匹配的作用。

L形馈电探针104一端穿过槽体的壁安装于连接器106的内芯处，连接射频模块。射频模块向L形馈电探针104传输射频信号，L形馈电探针104代替了连接器106的内芯(或者说，L形馈电探针104与连接器106的内芯一体成型)，相对于先与连接器106的内芯连接，再与射频模块连接，减少了器件之间的连接，使得L形馈电探针104与射频模块的连接更稳固，在发生抖动的情况下，也能够稳定进行射频信号传输。

L形馈电探针104包含弯针部分，用于实现同轴转波导的馈电转换，从而给第二腔体105-2提供激励。

连接器106为绝缘连接器，需要说明的是，连接器106并非完全由绝缘介质组成，可能地，连接器106包括一层绝缘介质，用于防止射频信号通过连接器106导向金属腔105。

金属腔105用于安装固定第一介质块102、第二介质块103以及连接器106，同时金属腔105还用于导波。

综上所述，本申请实施例提供的天线单元中，金属腔包括依次连接的第一腔体、第二腔体以及第三腔体；第一介质块安装于第一腔体内，辐射贴片安装于第一介质块远离第二腔体的一侧的表面；第二介质块安装于第二腔体内，连接器安装于第三腔体内，第二介质块的一侧开设槽体，L形馈电探针的一端穿过槽体的壁安装于连接器的内芯处；第二腔体的腔壁上设有连接孔，L形馈电探针的另一端穿设于连接孔，并与金属腔传导连接。其中，L形馈电探针的一端穿过槽体的壁安装于连接器的内芯处可以与射频模块直接连接，抗抖动性能更强，更适用于星载卫星。

本申请实施例中的连接器106为SMP射频连接器。

进一步地，本申请实施例中，L形馈电探针104从邻近连接器106的一端到另一端的截面直径递增。

即L形馈电探针104的一端截面直径与连接器106的内径一致，L形馈电探针104的另一端的截面直径较粗。L形馈电探针104从细到粗，实现阻抗变换，调节匹配性能。

进一步地，本申请实施例中，L形馈电探针104的另一端穿设于连接孔与金属腔105焊点连接。

即通过焊接的方式，将L形馈电探针104的另一端穿设于连接孔与金属腔105进行焊点连接，增加L形馈电探针104与金属腔105连接的稳固性能，防止松动。

进一步地，请参考图2，图2为天线单元10的爆炸图。

如图2所示，第二腔体105-2为矩形腔，第二介质块103为矩形介质块。

即第二腔体105-2为矩形波导腔，第二介质块103为与矩形波导腔形状对应的矩形介质块。

第一腔体105-1为圆形腔，第一介质块102为圆形介质块。

即第一腔体105-1为圆形腔，第一介质块102为与圆形腔形状对应的圆形介质块。

进一步地，第一腔体105-1的内壁设置有至少一条凸起，第一介质块102对应设置有至少一条卡槽，第一腔体105-2和第一介质块102块通过凸起和卡槽卡合连接，从而对二者进行固定，防止脱离。

进一步地，本申请实施例中，第一介质块102和第二介质块103均为聚酰亚胺介质块。聚酰亚胺介质块具有抗辐射、耐高温、不易形变以及能够进行阻抗匹配等特质，能够满足星载卫星的需求。并且聚酰亚胺介质块成本相对更低。

可能地，L形馈电探针104的另一端穿设于连接孔与金属腔105进行焊点连接，即焊点107。

在一种可能的实现方式中，连接器106包括壳体106-1和结构腔106-2。

为了便于装配，节省装配时间，壳体106-1与金属腔105一体加工，提升了天线单元10的可靠性和一致性，同时降低成本。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种相控阵天线，可选的，该相控阵天线包括上文所述的天线单元10。

如图3所示，相控阵天线包括至少一个天线阵元1，天线阵元1包括4个如上文的天线单元10。

天线阵元1中任意相邻的两个天线单元10的相位差为90°。

具体地，相控阵天线的阵面采用旋转布阵。每天线单元10为一组天线阵元1，相邻每天线单元10间相位差90°，整个阵面依次排布，提高了天线的轴比性能。

可能地，由于相控阵天线工作在Ka波段，波长只有几毫米，因此需要天线单元10间距非常小，布阵难度很大。为了能够布阵可实现，可以减小了天线单元10的直径，以使单元之间间隙增大，保证装配余量。

进一步地，为了便于实现天线单元10的定位，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图4和图5，天线单元10还设有定位块108。

第三腔体105-3靠近底部位置设有凸起的金属定位块108。组阵时天线单元10的方向不同，可以通过定位块108起到定向、定位的作用。

并且定位块108在45°方向与辐射贴片101方向一致，使得四个天线单元10旋转布局后，相邻的定位块108距离最近的在四个天线单元10中间的空隙处，保证了足够的空间，也避免了安装孔壁破损等情况。

进一步地，减小单元直径会导致天线低频性能差，且布阵间距小，单元间互耦很强。为了改善整体的性能，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图6。

相控阵天线还包括金属盖板2，金属盖板2对应天线单元10的位置开设发射孔，天线单元10的金属腔105与金属盖板2传导连接，天线单元10的第一介质块102穿设于发射孔。

具体地，在金属盖板2上按天线单元10的位置依此开孔，孔径介与第一介质块102的直径与金属腔105外径之间。深度为1mm，保证在孔壁很薄的情况下的结构强度。四周留有金属壁，方便与结构件固定。

金属盖板2的作用是一方面将各个单元的外壁连接在一起，减弱互耦，提高天线性能。另一方面可以压紧天线单元，起固定作用。

经发明人大量实践发现，不加金属盖板2时，低频端隔离度有源驻波＞3的有50％，加盖板后降低到6％，高频均＜3，效果改善明显。

本申请实施例提供的相控阵天线的阵面增益较微带阵列天线高1.5dB。较传统星载的反射面天线，口径减小25％，剖面高度小于一个波长，尺寸上有很大优势。与普通微带天线相比，具备抗辐照的性能，在太空电磁环境中能够稳定工作。

本申请实施例提供的一种通讯装置，可能地，该通讯装置可以安装于卫星，该通讯装置包括上文所述的相控阵天线。

需要说明的是，本实施例所提供的通讯装置和相控阵天线，其可以执行上述天线单元对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种天线单元，其特征在于，所述天线单元包括辐射贴片、第一介质块、第二介质块、L形馈电探针、金属腔以及绝缘的连接器；

所述金属腔包括依次连接的第一腔体、第二腔体以及第三腔体；

所述第一介质块安装于所述第一腔体内，所述辐射贴片安装于所述第一介质块远离所述第二腔体的一侧的表面；

所述第二介质块安装于所述第二腔体内，所述连接器安装于所述第三腔体内，所述第二介质块的一侧开设槽体，所述L形馈电探针的一端穿过所述槽体的壁安装于所述连接器的内芯处；

所述第二腔体的腔壁上设有连接孔，所述L形馈电探针的另一端穿设于所述连接孔，并与所述金属腔传导连接。

2.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述L形馈电探针从邻近所述连接器的一端到另一端的截面直径递增。

3.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述L形馈电探针的另一端穿设于所述连接孔与所述金属腔焊点连接。

4.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第二腔体为矩形腔，所述第二介质块为矩形介质块。

5.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一腔体为圆形腔，所述第一介质块为圆形介质块。

6.如权利要求5所述的天线单元，其特征在于，所述第一腔体的内壁设置有至少一条凸起，所述第一介质块对应设置有至少一条卡槽，所述第一腔体和所述第一介质块通过凸起和卡槽卡合连接。

7.如权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述第一介质块和所述第二介质块均为聚酰亚胺介质块。

8.一种相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线包括至少一个天线阵元，所述天线阵元包括4个如权利要求1～7任意一项所述的天线单元；

所述天线阵元中任意相邻的两个所述天线单元的相位差为90°。

9.如权利要求8所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括金属盖板，所述金属盖板对应所述天线单元的位置开设发射孔，所述天线单元的金属腔与所述金属盖板传导连接，所述天线单元的第一介质块穿设于所述发射孔。

10.一种通讯装置，其特征在于，所述通讯装置包括如权利要求8所述的相控阵天线。

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