CN219067242U - 一种双圆极化辐射单元及平板阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双圆极化辐射单元及平板阵列天线，该天线由多个在同一平面上排布的天线单元共同组成，而天线单元又是由同平面排布的辐射单元构成，该辐射单元由上到下依次为辐射贴片层、缝隙耦合层和馈电网络层，其中，辐射贴片层上的馈电单元为向左、向右的十字形耦合缝隙，分别构成双圆极化中的左旋圆极化和右旋圆极化，并且排列的左旋圆极化和右旋圆极化分别对应到的缝隙耦合层凹槽形成辐射单元，而缝隙耦合层与馈电网络层匹配的每个凹槽构成功分馈电网络，使辐射单元之间形成串馈、并馈或串/并馈的方式进行信号的辐射传导，从而达到在Ku、Ka等高频波段下天线高效且小损耗工作的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种双圆极化辐射单元及平板阵列天线。
背景技术
卫星通信在防灾救灾、对地观测、民用通信、军事指挥等方面有着重要的应用。近年来，随着科技的不断发展，应用于卫星通信的天线呈现出工作频段逐渐由低频向Ka波段等高频段迁移以及满足卫通天线的高增益需求。
目前，双圆极化平板阵列天线已是天线研究的新方向，所谓的阵列不是简单的将天线排成熟悉的阵列的样子而是它的构成是阵列形式。双圆极化平板阵列天线的天线单元的选取和设计在阵列设计中尤为重要，其特征极大地限制了整个阵列的实现性能，传统平板阵列天线利用印刷电路技术、波导技术、微带几何结构，通过馈电网络连接，使得天线的电磁辐射特性能够符合期望特性。在现有技术方案中，常用的双圆极化平板阵列天线可选择的天线单元形式有微带和波导缝隙天线等，但由于天线一般工作在C、Ku、Ka等波段，微带天线的损耗大、辐射效率低。而波导裂缝天线尽管可在Ku、Ka等高频波段高效率的工作，但是要形成双极化却非常困难。
有鉴于此，有必要提供一种损耗小及可在Ku、Ka等高频波段高效率工作的双圆极化平板阵列天线。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种双圆极化辐射单元及平板阵列天线，该天线由多个在同一平面上排布的天线单元共同组成，通过将辐射贴片层上的馈电单元设置为向左、向右的十字形耦合缝隙，使其分别构成双圆极化中的左旋圆极化和右旋圆极化，并且排列的左旋圆极化和右旋圆极化分别对应到的缝隙耦合层凹槽形成辐射单元，而缝隙耦合层与馈电网络层匹配的每个凹槽构成功分馈电网络，使辐射单元之间形成串馈、并馈或串/并馈的方式进行信号的辐射传导，从而达到在Ku、Ka等高频波段下天线高效且小损耗工作的目的。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种双圆极化辐射单元，包括：
辐射单元，所述辐射单元包括由上到下依次排列的辐射贴片层、缝隙耦合层和馈电网络层；
所述辐射贴片层上设有十字形耦合缝隙，所述缝隙耦合层的正面及背面分别设置有与所述十字形耦合缝隙和所述馈电网络层的功分馈电网络互相匹配的空腔。
在本方案中辐射贴片层上设置有向左、向右的十字形耦合缝隙，该十字形耦合缝隙分别构成双圆极化中的左旋圆极化和右旋圆极化，并且排列的左旋圆极化和右旋圆极化分别对应到缝隙耦合层正面的空腔形成辐射单元，而缝隙耦合层背面与馈电网络层匹配的每个空腔构成功分馈电网络，使辐射单元之间形成串馈、并馈或串/并馈的方式进行信号的辐射传导。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，所述十字形耦合缝隙包括第一微带线和第二微带线，所述第一微带线和所述第二微带线十字交叉,所述第一微带线和所述第二微带线为两条长宽不完全相同的长条矩形。
在本方案中由于相同贴片尺寸，长条矩形槽开的越长，天线的谐振频率越低，即改变槽的长度对改变天线的谐振频率有明显的效果，而且长条矩形槽的宽度也对天线的谐振频率有影响，槽越宽，天线的谐振频率越低，因此将第一微带线和所述第二微带线设置为两条长宽不完全相同的长条矩形并十字交叉形成双圆极化，可根据实际需求对微带线长宽进行调整以达到较佳的谐振频率。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，所述十字形耦合缝隙在辐射贴片层上以n×n排列方式进行设置，为使本实用新型的馈电波导网络更为简单，所述十字形耦合缝隙在辐射贴片层上优先采用4×4的排列结构。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，所述功分馈电网络为一分四功分馈电网络。
在本方案中的功分馈电网络为一分四功分馈电网络，并分别与缝隙耦合层背面的空腔匹配，形成空间腔体将辐射单元以串馈、并馈或串/并馈的方式进行信号的辐射传导，进一步简化馈电波导网络。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，所述功分馈电网络的信号传输通道上设置有用于改变通道空间大小的阶梯台。
在本方案中为调整阵列天线的辐射性能，可根据实际需要调整功分馈电网络信号传输通道的空间大小，在此处调整方式有多种，比如可设置弧形凸台或者矩形凸台等。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，所述缝隙耦合层包括缝隙耦合层和波导传输层，所述波导传输层设置有贯通的矩形波导谐振腔，所述矩形波导谐振腔连通所述缝隙耦合层与所述馈电网络层之间互相匹配的空腔。
在本方案中此矩形波导谐振腔是单个独立的通孔，每个通孔正对缝隙耦合层背面的凹槽空腔，此通孔两端连通辐射一层与馈电网络层，并且波导传输层由金属制成，形成信号传输的独立波导矩形腔，将各单元的信号屏蔽独立传导，降低干扰，信号再从馈电网络层的功分馈电网络串在一起，提高了天线的辐射质量。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，为进一步提高信号辐射质量，减小损耗，在所述缝隙耦合层的正面设置有与每一个所述十字形耦合缝隙一一对应的第一凹槽，所述第一凹槽上设置有耦合腔，所述耦合腔与所述十字形耦合缝隙的几何中心在同一垂线上。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，为进一步提高信号辐射质量，减小损耗，所述第一凹槽以m×m的排列方式形成第一凹槽组，并且该m小于上述技术方案中的n,在所述缝隙耦合层的背面设置有与所述第一凹槽组对应的第二凹槽，所述第二凹槽与所述矩形波导谐振腔对应。
作为所述双圆极化辐射单元的进一步技术方案，为提高信号辐射效率，所述耦合腔位于所述第二凹槽的侧边边沿。
一种平板阵列天线，包括在同一平面上以第一预设阵列排布多个的天线单元，所述天线单元包括在同一平面上以第二预设阵列排布的辐射单元，而该辐射单元为采用了上述技术方案中任一项所述的辐射单元。
从以上技术方案可以看出，本申请提供的一种双圆极化辐射单元及平板阵列天线由多个在同一平面上排布的天线单元共同组成，而天线单元又是由同平面排布的辐射单元构成，该辐射单元由上到下依次为辐射贴片层、缝隙耦合层和馈电网络层，其中，辐射贴片层上的馈电单元为向左、向右的十字形耦合缝隙，分别构成双圆极化中的左旋圆极化和右旋圆极化，并且排列的左旋圆极化和右旋圆极化分别对应到的缝隙耦合层凹槽形成辐射单元，而缝隙耦合层与馈电网络层匹配的每个凹槽构成功分馈电网络，使辐射单元之间形成串馈、并馈或串/并馈的方式进行信号的辐射传导，从而达到在Ku、Ka等高频波段下天线高效且小损耗工作的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型提供的双圆极化辐射单元的总体结构示意图；
图2为本实用新型提供的双圆极化辐射单元的辐射贴片层结构示意图；
图3为本实用新型提供的双圆极化辐射单元的缝隙耦合层正面结构示意图；
图4为本实用新型提供的双圆极化辐射单元的缝隙耦合层背面结构示意图；
图5为本实用新型提供的双圆极化辐射单元的波导传输层结构示意图；
图6为本实用新型提供的双圆极化辐射单元的馈电网络层结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-辐射贴片层，11-第一微带线，12-第二微带线；
2-缝隙耦合层，21-第一凹槽，22-耦合腔，23-第二凹槽；
3-波导传输层，31-矩形波导谐振腔；
4-馈电网络层，41-功分馈电网络，42-阶梯台。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
本实施例1提供一种双圆极化辐射单元，如图1所示，该辐射单元由上到下依次为辐射贴片层1、缝隙耦合层和馈电网络层4组成，其中如图2所示，辐射贴片层1上设有采用4×4的排列结构的十字形耦合缝隙，十字形耦合缝隙包括十字交叉的第一微带线11和第二微带线12，该第一微带线11和第二微带线12分别构成双圆极化中的右旋圆极化和左旋圆极化，并且第一微带线11和第二微带线12为两条长宽不完全相同的长条矩形，在本实施例中壳通过调整第一微带线11和第二微带线12的长宽调节谐振频率，而缝隙耦合层的正面及背面分别设置有与十字形耦合缝隙和馈电网络层4的功分馈电网络41互相匹配的空腔，而且为简化馈电波导网络，上述功分馈电网络41为一分四功分馈电网络，在本实施例中为将各单元的信号屏蔽独立传导，降低干扰，缝隙耦合层包括缝隙耦合层2和波导传输层3，波导传输层3设置有贯通的矩形波导谐振腔31，该矩形波导谐振腔31连通缝隙耦合层2与馈电网络层4之间互相匹配的空腔。
如图3-图5所示，为提高信号辐射质量，减小损耗，在缝隙耦合层2的正面设置有与每一个上述十字形耦合缝隙一一对应的第一凹槽21，在第一凹槽21上设置有耦合腔22，该耦合腔22与十字形耦合缝隙的几何中心在同一垂线上，而且第一凹槽21以2×2的排列方式形成第一凹槽组，在缝隙耦合层2的背面还设置有与第一凹槽组对应的第二凹槽23，该第二凹槽23与矩形波导谐振腔31对应，并且耦合腔22也位于第二凹槽23的侧边边沿，以提高信号辐射效率。
如图6所示，为调整阵列天线的辐射性能，在功分馈电网络41的信号传输通道上还设置有改变通道空间大小的阶梯台42，在此处调整方式有多种，比如可设置弧形凸台或者矩形凸台等。
实施例2
本实施例2提供一种平板阵列天线，该天线由多个在同一平面上以第一预设阵列排布的天线单元共同组成，而该天线单元又是由同平面以第二预设阵列排布的基于实施例1所述的辐射单元构成，上述第一预设阵列是以平板天线反射面为基准面将天线单元进行拼接，实现阵列天线H面的幅度分布，第二预设阵列是以馈电网络层4的功分馈电网络为基准，该功分馈电网络的端口在同平面彼此连通，实现阵列天线E面的等幅分布。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双圆极化辐射单元，其特征在于，包括：
辐射单元，所述辐射单元包括由上到下依次排列的辐射贴片层(1)、缝隙耦合层(2)和馈电网络层(4)；
所述辐射贴片层(1)上设有十字形耦合缝隙，所述缝隙耦合层的正面及背面分别设置有与所述十字形耦合缝隙和所述馈电网络层(4)的功分馈电网络(41)互相匹配的空腔。
2.根据权利要求1所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述十字形耦合缝隙包括第一微带线(11)和第二微带线(12)，所述第一微带线(11)和所述第二微带线(12)十字交叉，所述第一微带线(11)和所述第二微带线(12)为两条长宽不完全相同的长条矩形。
3.根据权利要求2所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述十字形耦合缝隙在辐射贴片层(1)上以n×n排列方式进行设置。
4.根据权利要求3所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述功分馈电网络(41)为一分四功分馈电网络。
5.根据权利要求4所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述功分馈电网络(41)的信号传输通道上设置有用于改变通道空间大小的阶梯台(42)。
6.根据权利要求3所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述缝隙耦合层包括缝隙耦合层(2)和波导传输层(3)，所述波导传输层(3)设置有贯通的矩形波导谐振腔(31)，所述矩形波导谐振腔(31)连通所述缝隙耦合层(2)与所述馈电网络层(4)之间互相匹配的空腔。
7.根据权利要求6所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述缝隙耦合层(2)的正面设置有与每一个所述十字形耦合缝隙一一对应的第一凹槽(21)，所述第一凹槽(21)上设置有耦合腔(22)，所述耦合腔(22)与所述十字形耦合缝隙的几何中心在同一垂线上。
8.根据权利要求7所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述第一凹槽(21)以m×m的排列方式形成第一凹槽组，且m<n,所述缝隙耦合层(2)的背面设置有与所述第一凹槽组对应的第二凹槽(23)，所述第二凹槽(23)与所述矩形波导谐振腔(31)对应。
9.根据权利要求8所述的一种双圆极化辐射单元，其特征在于，所述耦合腔(22)位于所述第二凹槽(23)的侧边边沿。
10.一种平板阵列天线，其特征在于，包括：
天线单元，所述天线单元在同一平面上以第一预设阵列排布多个；
所述天线单元包括在同一平面上以第二预设阵列排布的如权利要求1-9中任一项所述的辐射单元。
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