CN216389727U - 一种宽频带双圆极化平板阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种宽频带双圆极化平板阵列天线，属于通信技术领域。该阵列天线包括4×4的阵列天线；4×4的阵列天线为4个2×2的子阵天线；每个子阵天线为4个1×1的单元天线，1×1的单元天线包括依次叠放的PCB板一、PCB板二、PCB板三和PCB板四；PCB板一和PCB板二通过极化电桥连接；PCB板一和PCB板二、PCB板二和PCB板三通过半固化片压制连接；PCB板一、PCB板二和PCB板三形成多层微带贴片天线；PCB板四形成辐射层；极化电桥为3dB 90°的极化电桥，用于将两路幅度相等、相差90°的信号合成为双圆极化信号；该天线低剖面、结构简单和易于加工。

Description

一种宽频带双圆极化平板阵列天线

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，涉及一种宽频带双圆极化平板阵列天线。

背景技术

在移动通信中天线的高增益尤为重要，它体现了天线朝一个特定方向收发信号的能力，决定了蜂窝边缘的信号电平，增加增益就可以在某一方向上增大网络的覆盖范围。而宽频带特性是正对需求而言的，如果用户需要使用的频带范围较大，那么设计一个宽频带的天线要远比用多个普通天线更加节约便捷。相对于线极化天线，圆极化天线具有良好的抗多径效应及抗雨雾等天气因素的干扰能力，且由于圆极化天线电磁波电场的特性，对收发天线位置不敏感，使得天线的安装和应用更加便捷，更适用于移动通信场景。

但是，目前市面上常见的平板天线有的天线辐射单元与90°极化电桥分立设计构成圆极化，缺乏集成性；有的单元天线使用偶极子这类空间利用率较低的天线；有的天线形式采用微带天线但受制于微带天线本身属性，带宽较窄、阵元间隔离度较差，不符合集成化、通用化和产品化的需求。为此，本实用新型通过采用多种馈电方式的多层微带天线、布设金属化接地孔、馈源网络合成和插入空气腔等关键技术，设计并实现了一种高集成度高增益宽频带双圆极化平板阵列天线。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种宽频带双圆极化平板阵列天线。采用多种馈电方式的多层微带天线将90°极化电桥与辐射天线集成一体，实现双圆极化和高集成度特性；通过在馈电网络和辐射单元周围合理布设金属化接地孔以提高阵元间同性极化隔离与异性极化隔离；通过馈源有源牵引和在多层微带天线与辐射层之间插入空气腔以改善相控阵子阵天线带宽。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种宽频带双圆极化平板阵列天线该阵列天线包括4×4的阵列天线；

4×4的阵列天线为4个2×2的子阵天线；

每个子阵天线为4个1×1的单元天线；

所述1×1的单元天线包括依次叠放的PCB板一1、PCB板二2、PCB板三3和PCB板四4；

所述PCB板一1和PCB板二2通过极化电桥8连接；所述PCB板二2和PCB板三3通过半固化片7压制连接；所述PCB板一1、PCB板二2和PCB板三3形成多层微带贴片天线10；

所述PCB板四4形成辐射层11；

所述多层微带贴片天线10和辐射层11通过金属螺柱5连接；

所述极化电桥8为3dB 90°的极化电桥，用于将两路幅度相等、相差90°的信号合成为双圆极化信号；所述极化电桥8包括端口一101、端口二102、端口三103和端口四104，端口一101和端口二102均为输入端口，相互隔离；端口三103和端口四104为均输出端口，相位差为90°；

所述半固化片7设有金属过孔6；

所述金属过孔6的位置是取决于极化电桥8两个输入端口的位置。

可选的，多层微带贴片天线10上设有双馈点连接器探针9；双馈点连接器探针9用于接触馈电，多层微带贴片天线10以同时输出左旋和右旋双圆极化信号。

可选的，所述PCB板一1、PCB板二2和PCB板四4为单面芯板；所述PCB板一1和PCB板三3为双面芯板；PCB板二2为光板；所述PCB板四4为单面芯板；

所述PCB板一1和PCB板二2的厚度为0.79mm，介电常数为2.55，铜厚为0.5oZ；

所述PCB板三3的厚度为3.18mm，介电常数为6.15，铜厚为0.5oZ；

所述PCB板四4的厚度为0.79mm，介电常数为2.55，铜厚为0.5oZ。

本实用新型的有益效果在于：采用双馈点探针接触和电磁耦合两种馈电方式的多层微带贴片天线，双馈点探针通过等幅、相差90°极化电桥网络合成左旋、右旋同时双圆极化信号，之后再通过电磁耦合和分立辐射层完成对空间电磁波信号的辐射与接收，此外，在馈电网络和辐射单元周围需合理布设金属化接地孔。平板天线的子阵由2×2共四个完全相同的单元天线，通过馈源网络将4个左旋端口合成一路信号，将4个右旋端口合成一路信号。因此，满阵的平板天线一共输出4路左旋信号和4路右旋信号，将这8路信号送入自跟踪组件中。该平板阵列天线具有高集成度、高增益、宽频带的双圆极化的特性，同时该天线具有低剖面(高度尺寸为0.1λ₀，λ₀为空气介质波长)、结构简单、易于加工等特点。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为3dB 90°极化电桥；

图2为单元天线结构图；

图3为单元天线模型；

图4为2×2子阵天线网络合成图；

图5为2×2子阵天线模型；

图6为4×4阵列天线模型。

附图标记：端口一101，端口二102，端口三103，端口四104，PCB板一1，PCB板二2，PCB板三3，PCB板四4，金属螺柱5，金属过孔6，半固化片7，极化电桥8，连接器探针9，多层微带贴片天线10，辐射层11。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

S频段平板阵列天线是由4×4的单元天线组成的，而每个单元天线均采用双馈点连接器探针9接触和电磁耦合两种馈电方式的多层微带贴片天线。由于S频段平板阵列天线需要同时输出左旋和右旋双圆极化信号，因此单元天线馈电网络采用如图1所示的3dB 90°极化电桥8设计，通过双馈点正交馈电，最终将两路幅度相等、相差90°的信号合成为双圆极化信号，包括端口一101、端口二102、端口三103和端口四104，端口一101和端口二102均为输入端口，相互隔离；端口三103和端口四104为均输出端口，相位差为90°；该馈电网络结构简单，成本低廉，且易于加工实现。

S频段平板天线主要由独立辐射层和多层微带贴片天线两部分构成，图2给出了单元天线的叠层拓扑图。其中，辐射层11(PCB板四4)选用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板。PCB板二2和PCB板三3通过半固化片7压制连接；所述PCB板一1、PCB板二2和PCB板三3形成多层微带贴片天线10；构成馈电网络带状线模型。PCB板一4选用厚度为0.79mm、介电常数为2.55、铜厚为0.5oZ的Taconic单面芯板，PCB板一1和PCB板三3选用厚度为3.18mm、介电常数为6.15、铜厚为0.5oZ的Taconic双面芯板。辐射层11与多层微带贴片天线10通过金属螺柱5进行紧固。金属螺柱5用于将PCB板四4支撑起来；金属过孔6穿透半固化片7；金属过孔6的位置是取决于极化电桥两个端口的位置。基于图2给出的S频段平板天线叠层拓扑图，构建三维电磁仿真模型如图3所示。从图3中可以看出通过金属螺柱将独立辐射层和多层微带贴片天线固定在天线底面的金属板上。

平板天线的子阵由2×2的4个等幅等相差馈电的单元组成，单元按90°顺序旋转，之后通过网络进行合成，网络合成示意图如4所示，在抑制交叉极化的同时提高了轴比特性。2×2阵列天线仿真模型如图5所示，激励从背馈探针馈入极化电桥网络，激励起两组幅度相等、相位差为90°的TM₁₀模和TM₀₁模，从而得到左、右旋双圆极化电磁波，然后经由下层贴片天线将电磁波耦合到上层天线并辐射出去。

基于2×2的子阵天线，构建如图6所示的4×4阵列仿真模型，PCB板四4上设有上层辐射贴片，PCB板三3上设有下层辐射贴片。天线底面的金属板对整个S频段平板天线起结构支撑作用，同时还兼有反射板的作用，以减小天线的后瓣，增大主瓣增益。4个1×1阵列组成2×2阵列，4个2×2阵列组成4×4阵列。单元个数越多天线增益越高，波束宽度越窄。

本实用新型技术指标优良、调试方便、集成度高、成本低、结构简单且小型化，便于批量生产。金属壳体采用铝合金材质，这样既可保证电磁屏蔽效能，又可实现产品的轻量化；射频端口均采用SMA-KWFD37，保证了较低的剖面高度，有利于自跟踪组件的连接；天线罩选用EW250/10128材质。

本实用新型平板天线为4×4阵列，部分指标如下：

(1)工作频率：2200MHz～2400MHz；

(2)电压驻波比：≤2；

(3)天线增益：≥16dB@顶点增益；

(4)波束宽度：≥20°；

(5)圆极化轴比：≤3dB；

(6)第一副瓣电平抑制：≥11dB；

(7)极化方式：左、右旋双圆极化；

(8)交叉极化抑制：＞15dB。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种宽频带双圆极化平板阵列天线，其特征在于：该阵列天线包括4×4的阵列天线；

4×4的阵列天线为4个2×2的子阵天线；

每个子阵天线为4个1×1的单元天线；

所述1×1的单元天线包括依次叠放的PCB板一(1)、PCB板二(2)、PCB板三(3)和PCB板四(4)；

所述PCB板一(1)和PCB板二(2)通过极化电桥(8)连接；所述PCB板一(1)和PCB板二(2)、PCB板二(2)和PCB板三(3)均通过半固化片(7)压制连接；所述PCB板一(1)、PCB板二(2)和PCB板三(3)形成多层微带贴片天线(10)；

所述PCB板四(4)形成辐射层(11)；

所述多层微带贴片天线(10)和辐射层(11)通过金属螺柱(5)连接；

所述极化电桥(8)为3dB 90°的极化电桥，用于将两路幅度相等、相差90°的信号合成为双圆极化信号；所述极化电桥(8)包括端口一(101)、端口二(102)、端口三(103)和端口四(104)，端口一(101)和端口二(102)均为输入端口，相互隔离；端口三(103)和端口四(104)为均输出端口，相位差为90°；

所述半固化片(7)设有金属过孔(6)；

所述金属过孔(6)的位置是取决于极化电桥(8)两个输入端口的位置。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带双圆极化平板阵列天线，其特征在于：多层微带贴片天线(10)上设有双馈点连接器探针(9)；双馈点连接器探针(9)用于接触馈电，多层微带贴片天线(10)以同时输出左旋和右旋双圆极化信号。

3.根据权利要求1所述的一种宽频带双圆极化平板阵列天线，其特征在于：所述PCB板一(1)和PCB板三(3)为双面芯板；PCB板二(2)为光板；所述PCB板四(4)为单面芯板；

所述PCB板一(1)和PCB板二(2)的厚度为0.79mm，介电常数为2.55，铜厚为0.5oZ；

所述PCB板三(3)的厚度为3.18mm，介电常数为6.15，铜厚为0.5oZ；

所述PCB板四(4)的厚度为0.79mm，介电常数为2.55，铜厚为0.5oZ。

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