CN218101693U - 一种双极化微带相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种双极化微带相控阵天线，包括多个双极化微带天线阵列，多个双极化微带天线阵列并排等距间隔排列且任意相邻两个双极化微带天线阵列相距0.8个波长；所述双极化微带天线阵列包括4个天线单元，4个天线单元构成1×4阵列。本实用新型通过优化调整双极化微带天线阵列之间的位置，任意相邻两个双极化微带天线阵列相距0.8个波长，对其天线馈电端口实行相位差可实现±30°的波束扫描。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种双极化微带相控阵天线。
背景技术
随着新一代信息技术的快速发展，移动通信领域除了要求微带阵列天线在保证传统的低剖面，小型化特性之外，还需要其具有较高的频谱利用率及灵活的波束扫描功能，以实现无线系统较大的信道容量及覆盖范围。
双极化微带阵列天线可以利用同一个贴片发射两个互不于扰的正交极化电磁波，成倍的增加信道容量。相控阵天线阵列是由若干个独立馈电的阵元组合而成，可通过控制阵元的相位实现特定的波束指向，从而使天线具有高增益，波束扫描等特性。
实用新型内容
基于背景技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种双极化微带相控阵天线。
本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线，包括多个双极化微带天线阵列，多个双极化微带天线阵列并排等距间隔排列且任意相邻两个双极化微带天线阵列相距0.8个波长；所述双极化微带天线阵列包括4个天线单元，4个天线单元构成1×4阵列。
优选的，天线单元馈电方式采用缝隙耦合馈电，天线单元的输入阻抗为50Ω，中心频率为3.5GHz。
优选的，双极化微带天线阵列通过一分四功分器馈电。
优选的，双极化微带天线阵列中任意相邻两个天线单元之间的激励电流比不同，且四个天线单元的激励电流比为0.7:1:1:0.7。
优选的，双极化微带天线阵列中四个天线单元的0.49:1:l:0.49。
优选的，天线单元包括从上到下依次间隔布置的上层基板、下层基板、金属反射板，上层基板上表面设置有方形辐射贴片，下层基板上表面全部覆铜以形成接地板，接地板上刻有两个H形槽且两个H形槽呈T型分布，下层基板下表面设置有两个馈电微带线；双极化微带天线阵列中，各天线单元中方形辐射贴片的边与四个天线单元连线呈45度角。
优选的，上层基板、下层基板均采用RO4350介质基板，上层基板、下层基板的介电常数为3.6-3.7，上层基板、下层基板的厚度h为0.507-0.509mm。
优选的，双极化微带天线阵列的数量为四个。
本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线，为了实现波束在二维平面内扫描，将4个双极化微带天线阵列按照等间距沿一字排列构成，实现在水平平面上的扫描；通过优化调整4个双极化微带天线阵列的位置，任意相邻两个双极化微带天线阵列相距0.8个波长，对其天线馈电端口实行相位差可实现±30°的波束扫描。双极化微带天线阵列的输入阻抗为50欧姆，采用一分四功分器馈电的方式，中心频率3.5GHz，其可在保持天线的发射功率不变条件下，提升隔离度及天线增益，从而增加天线的可靠性；通过对辐射方向图以及微带相控阵端口S参数、天线方向图等电性能指标仿真分析，结果显示双极化微带相控阵天线同极化端口之间的隔离度、天线增益都均满足工程需求。本实用新型面向产业需求，结合双极化和相控阵天线的特性，设计了一种工作在3.5GHz频段的双极化微带相控阵天线。
附图说明
图1为本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线的结构示意图；
图2为本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线中双极化微带天线阵列的结构示意图；
图3为本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线中一分四功分器结构；
图4为本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线中双极化微带天线阵列的±45°极化方向图；
图5为本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线的同极化端口隔离度；
图6为本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线的±10°波束扫描图；
图7为本实用新型提出的一种双极化微带相控阵天线的±30°波束扫描图。
具体实施方式
参照图1，本实用新型提出一种双极化微带相控阵天线，包括4个双极化微带天线阵列，4个双极化微带天线阵列并排等距间隔排列且任意相邻两个双极化微带天线阵列相距0.8个波长，所述波长为天线中心频率对应的波长。双极化微带天线阵列包括4个天线单元，4个天线单元构成1×4阵列。
参照图2，本实施例中，双极化微带天线阵列中天线单元包括从上到下依次间隔布置的上层基板、下层基板、金属反射板，上层基板上表面设置有方形辐射贴片，下层基板上表面全部覆铜以形成接地板，接地板上刻有两个H形槽且两个H形槽呈T型分布，下层基板下表面设置有两个馈电微带线；双极化微带天线阵列中，各天线单元中方形辐射贴片的边与四个天线单元连线呈45度角，如图4所示，双极化微带相控阵天线中双极化微带天线阵列的±45°极化方向图。
进一步的，上层基板、下层基板均采用RO4350介质基板，上层基板、下层基板的介电常数为3.66，上层基板、下层基板的厚度h为0.508mm。
进一步的，双极化微带天线阵列通过一分四功分器馈电，天线单元馈电方式采用缝隙耦合馈电，天线单元的输入阻抗为50Ω，中心频率为3.5GHz。
如图2所示，双极化微带天线阵列结构图，具体参数尺寸如表1所示。
表1
| 变量 | W | L | W1 | L1 | T |
| 数值 | 80mm | 370mm | 29.9mm | 29.9mm | 89.9mm |
进一步的，双极化微带天线阵列中任意相邻两个天线单元之间的激励电流比不同，大幅度减少了副瓣电平，具体地，四个天线单元的激励电流比为0.7:1:1:0.7，馈电网络根据四个输出端口的电流比可知，双极化微带天线阵列中四个天线单元的0.49:1:l:0.49。为实现上述要求，设计出一个一分四功分器，根据上述功分器设计理论，可以计算得到功率分配器各部分的电阻值，功率分配各部分对应阻抗如图3所示，各部分计算阻抗值如表2所示。
表2
| 编号 | Z0 | Z1 | Z1b | Z2 | Z2b | Z3 | Z3b |
| 数值 | 50 | 100 | 70.71 | 51.06 | 41.83 | 104.21 | 59.76 |
为了实现波束在二维平面内扫描，如图1(图中1-8分别表示馈电端口1-8)所示，将4个双极化微带天线阵列按照等间距沿一字排列构成，实现在水平平面上的扫描，根据相控阵天线原理，双极化微带天线阵之间的距离是非常重要的，如果间距过大，扫描的角度会比较小，容易出现栅瓣；当双极化微带天线阵的间距过小,它们之间的互耦影响会很大,影响了整个天线的性能，天线性能会变的很差；考虑双极化微带天线阵之间的互耦以及权衡天线结构等问题，通过优化分析确定，双极化微带天线阵之间的间距为0.8波长。通过优化调整4个双极化微带天线阵列的位置，形成双极化微带相控阵天线，对其天线馈电端口实行相位差可实现±30°的波束扫描。
如图1所示，对相控阵天线的-45°极化端口(即端口1、3、5、7)进行单独馈电，给出相同极化方式端口之间的隔离度，仿真结果如图5所示。从图中可以看出在工作频带范围内，各个端口相互之间隔离度低于-25dB，子阵列之间的耦合程度较低，对相控阵天线的性能影响较小。
为了实现波束扫描，对相控阵微带天线阵列同极化馈电端口(即端口1、3、5、7)进行相位差馈电，由表3可以看出，当馈电端口的相位差为±150°时，可以实现波束的±30°扫描；但由于此天线为±45°双极化天线，所以在垂直平面的增益下降比较大，由表3可以看出当扫描角度大致30°时，增益下降最多，增益下降5.8dB，但是增益下降基本控制允许范围内，符合设计要求。
表3
| 同极化端口相位差 | -150° | -100° | -55° | 0° | 55° | 100° | 150 |
| 天线最大增益(dB) | 14.5 | 16.25 | 16.7 | 20.3 | 16.4 | 16.1 | 14.9 |
| 波束扫描角度 | -30° | -20° | -10° | 0° | 10° | 20° | 30° |
对于所述双极化微带相控阵天线而言，由4个1x4的双极化微带天线阵构成，所以垂直平面的增益分量固定，当对同极化馈电端口进行相位差馈电时，水平分量的变换较大，所以可以在水平平面进行波束扫描，图6为±10°波束扫描结果，图7为±30°波束扫描结果，其中主瓣与第一副瓣增益相差3dB以上，符合工程需求。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双极化微带相控阵天线，其特征在于，包括多个双极化微带天线阵列，多个双极化微带天线阵列并排等距间隔排列且任意相邻两个双极化微带天线阵列相距0.8个波长；所述双极化微带天线阵列包括4个天线单元，4个天线单元构成1×4阵列。
2.根据权利要求1所述的双极化微带相控阵天线，其特征在于，天线单元馈电方式采用缝隙耦合馈电，天线单元的输入阻抗为50Ω，中心频率为3.5GHz。
3.根据权利要求1所述的双极化微带相控阵天线，其特征在于，双极化微带天线阵列通过一分四功分器馈电。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双极化微带相控阵天线，其特征在于，双极化微带天线阵列中任意相邻两个天线单元之间的激励电流比不同，且四个天线单元的激励电流比为0.7:1:1:0.7。
5.根据权利要求4所述的双极化微带相控阵天线，其特征在于，双极化微带天线阵列中四个天线单元的0.49:1:l:0.49。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的双极化微带相控阵天线，其特征在于，天线单元包括从上到下依次间隔布置的上层基板、下层基板、金属反射板，上层基板上表面设置有方形辐射贴片，下层基板上表面全部覆铜以形成接地板，接地板上刻有两个H形槽且两个H形槽呈T型分布，下层基板下表面设置有两个馈电微带线；双极化微带天线阵列中，各天线单元中方形辐射贴片的边与四个天线单元连线呈45度角。
7.根据权利要求6所述的双极化微带相控阵天线，其特征在于，上层基板、下层基板均采用RO4350介质基板，上层基板、下层基板的介电常数为3.6-3.7，上层基板、下层基板的厚度h为0.507-0.509mm。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的双极化微带相控阵天线，其特征在于，双极化微带天线阵列的数量为四个。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221954595.0U CN218101693U (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种双极化微带相控阵天线 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202221954595.0U CN218101693U (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种双极化微带相控阵天线 |
Publications (1)
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| CN218101693U true CN218101693U (zh) | 2022-12-20 |
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Family Applications (1)
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| CN202221954595.0U Active CN218101693U (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 一种双极化微带相控阵天线 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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2022
- 2022-07-27 CN CN202221954595.0U patent/CN218101693U/zh active Active
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