CN219498183U - 一种共口径相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及天线领域，公开了一种共口径相控阵天线，包括PCB，PCB至少包括四层金属层，四层金属层由上至下依次包括：由多个Ka频段天线辐射贴片单元排列组合形成的第一Ka频段天线辐射贴片组，由多个Ka频段天线辐射贴片单元排列组合形成的第二Ka频段天线辐射贴片组，环形耦合缝隙，以及带状线；环形耦合缝隙位于第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组内各Ka频段天线辐射贴片单元围设形成的正投影区域内；带状线与环形耦合缝隙的正投影相交，形成Ku频段天线。本实用新型实施例对Ka频段天线和Ku频段天线的共口径设计，有效减小了相控阵天线阵面尺寸，同时减小了两种频段天线之间的能量耦合。

Description

一种共口径相控阵天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，尤其涉及一种共口径相控阵天线。

背景技术

随着低轨卫星通信技术的发展，现有的相控阵天线在部分使用场景内受到尺寸的限制，不能够满足需求。将相控阵天线的体积减小且尽可能的降低尺寸减小带来的性能损耗，成为了一个急需解决的问题。

目前在卫星通信产品中，常用的频段为Ku频段和Ka频段，国内多家机构都在研究Ku频段和Ka频段共口径相控阵天线的方案，力求突破行业发展的壁垒，快速占据市场。

现有的相控阵天线，如果有多频段的需求，基本采用多阵面分离的方式，如图1所示。这种形式的产品体积较大，在对尺寸有要求的使用场景内，受到一定的限制。或者，将不同频段的天线辐射贴片放在同一层内，导致阵面规模减小，如图2所示，按照此方案布局的相控阵天线阵面的阵元数较常规布局的相控阵天线Ka频段的天线阵元只有常规布局的3/4，对相控阵天线的增益性能有明显的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种共口径相控阵天线，以在减小相控阵天线尺寸的同时降低尺寸减小带来的性能损耗。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种共口径相控阵天线，包括PCB，所述PCB至少包括四层金属层，所述四层金属层由上至下依次包括：由多个Ka频段天线辐射贴片单元排列组合形成的第一Ka频段天线辐射贴片组，由多个Ka频段天线辐射贴片单元排列组合形成的第二Ka频段天线辐射贴片组，用于辐射电磁波的环形耦合缝隙，以及带状线；

所述环形耦合缝隙位于所述第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组内各Ka频段天线辐射贴片单元围设形成的正投影区域内；所述带状线与所述环形耦合缝隙的正投影相交，形成Ku频段天线。

可选的，所述第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组内的各个Ka频段天线辐射贴片单元，围绕所述环形耦合缝隙的中心点呈圆周排布；且所述Ka频段天线辐射贴片单元与所述环形耦合缝隙之间具有预设间距。

可选的，所述第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组，分别包括均匀间隔分布的四个Ka频段天线辐射贴片单元。

可选的，所述Ka频段天线辐射贴片单元和所述环形耦合缝隙的外形均为方形结构，且所述Ka频段天线辐射贴片单元与所述环形耦合缝隙的邻边之间相平行。

可选的，所述Ka频段天线辐射贴片单元和所述环形耦合缝隙的外形均为方形结构，且所述Ka频段天线辐射贴片单元与所述环形耦合缝隙的邻边之间呈45度夹角。

可选的，所述带状线包括两条传输线，按所述环形耦合缝隙的中心对称轴对称布置。

可选的，所述传输线与所述环形耦合缝隙的相邻边部垂直相交。

可选的，所述第一Ka频段天线辐射贴片组内的各个Ka频段天线辐射贴片单元，与所述第二Ka频段天线辐射贴片组内的各个Ka频段天线辐射贴片单元相比，具有相同的排列方式和贴片尺寸。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：

本实用新型实施例中，分设于上面两层的第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组组合形成Ka频段天线，分设于下面两层的环形耦合缝隙和带状线组合形成Ku频段天线，由于Ku频段天线的环形耦合缝隙布置于各Ka频段天线辐射贴片单元围设形成的正投影区域内，因此形成了Ka频段和Ku频段的共口径设计，有效减小了相控阵天线阵面尺寸，满足了某些使用场景中的小型化使用需求。同时，由于Ka频段天线和Ku频段天线排布于不同层，且Ka频段天线位于Ku频段天线的上层，因此能够让两种天线各自正常工作的同时，还能够减小两种频段天线之间的能量耦合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为常规的阵面分离式天线的天线排布方式示意图；

图2为常规的共口径天线的天线排布方式示意图；

图3为本实用新型实施例提供的共口径天线的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的第一金属层的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第二金属层的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的第三金属层的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的第四金属层的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的Ka频段天线辐射贴片与环形耦合缝隙的一种排布方式示意图；

图9为本实用新型实施例提供的Ka频段天线辐射贴片与环形耦合缝隙的另一种排布方式示意图；

图10为本实用新型实施例提供的环形耦合缝隙与带状线的排布方式示意图；

图11为本实用新型实施例提供的Ku频段天线增益图；

图12为本实用新型实施例提供的Ka天线2x2增益图。

附图标记说明：

PCB1、Ka频段天线辐射贴片单元2、第一Ka频段天线辐射贴片组3、第二Ka频段天线辐射贴片组4、环形耦合缝隙5、带状线6。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了在减小相控阵天线体积的同时尽可能的降低尺寸减小带来的性能损耗，本实用新型实施例提供了一种共口径天线，包括PCB1，所述PCB1至少包括四层金属层(如图3所示)，所述四层金属层由上至下依次包括：由多个Ka频段天线辐射贴片单元2排列组合形成的第一Ka频段天线辐射贴片组3(如图4所示)，由多个Ka频段天线辐射贴片单元2排列组合形成的第二Ka频段天线辐射贴片组4(如图5所示)，用于辐射电磁波的环形耦合缝隙5(如图6所示)，以及带状线6(如图7所示)。

所述环形耦合缝隙5位于所述第一Ka频段天线辐射贴片组3和第二Ka频段天线辐射贴片组4内各Ka频段天线辐射贴片单元2围设形成的正投影区域内；所述带状线6与所述环形耦合缝隙5的正投影相交，形成Ku频段天线。

本实用新型实施例中，分设于上面两层的第一Ka频段天线辐射贴片组3和第二Ka频段天线辐射贴片组4组合形成Ka频段天线，分设于下面两层的环形耦合缝隙5和带状线6组合形成Ku频段天线，由于Ku频段天线的环形耦合缝隙5布置于各Ka频段天线辐射贴片单元2围设形成的正投影区域内，因此形成了Ka频段和Ku频段的共口径设计，有效减小了相控阵天线的体积尺寸，满足了某些使用场景中的小型化使用需求。同时，由于Ka频段天线和Ku频段天线排布于不同层，且Ka频段天线位于Ku频段天线的上层，Ku相控阵天线位于一个2×2的Ka相控阵天线子阵的中间，Ku相控阵天线工作时能量从4个Ka频段天线阵元的中间空隙处发射出去，会减小ka频段天线各层结构对Ku频段电磁波的耦合效应。因此本实用新型实施例能够让两种天线各自正常工作的同时，还能够减小两种频段天线之间的能量耦合。

在一种可选的实施方式中，请参阅图8和图9，所述第一Ka频段天线辐射贴片组3和第二Ka频段天线辐射贴片组4内的各个Ka频段天线辐射贴片单元2，围绕所述环形耦合缝隙5的中心点呈圆周排布；且所述Ka频段天线辐射贴片单元2与所述环形耦合缝隙5之间具有预设间距。

为了实现较优的天线性能，所述第一Ka频段天线辐射贴片组3内的各个Ka频段天线辐射贴片单元2，与所述第二Ka频段天线辐射贴片组4内的各个Ka频段天线辐射贴片单元2相比，采用相同的排列方式和贴片尺寸设计。当然，在其他实施方式中，两组Ka频段天线辐射贴片单元2也可采用区别设计，本实用新型实施例对此不作具体限制。

实际应用中，第一Ka频段天线辐射贴片组3和第二Ka频段天线辐射贴片组4所包含的Ka频段天线辐射贴片单元2的数量可以根据实际需求来设置。示例性的，第一Ka频段天线辐射贴片组3和第二Ka频段天线辐射贴片组4，分别包括均匀间隔分布的四个Ka频段天线辐射贴片单元2。

所述Ka频段天线辐射贴片单元2和所述环形耦合缝隙的外形均为方形结构，且所述Ka频段天线辐射贴片单元2与所述环形耦合缝隙的邻边之间相平行(如图8所示)，或者，所述Ka频段天线辐射贴片单元2与所述环形耦合缝隙的邻边之间呈45度夹角(如图9所示)。这两种排布方式均能够实现较优的天线性能。

可选的，如图7所示，带状线6包括两条传输线，这两条传输线按所述环形耦合缝隙的中心对称轴对称布置；如图10所示，所述传输线与所述环形耦合缝隙5的相邻边部垂直相交。

此外，PCB1还可以包括位于带状线6底层的至少一层其他金属层，所述其他金属层接地。由于其他金属层接地，可有效避免对Ka频段天线和Ka频段天线的性能影响。

图11所示的Ku频段天线增益图示出了该Ku频段天线的性能良好；图12所示的Ka天线2x2增益图示出了该Ka频段相控阵天线子阵性能良好，组阵之后无明显性能恶化，由此可见此Ku频段和Ka频段共口径相控阵天线可以满足需求。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种共口径相控阵天线，其特征在于，包括PCB，所述PCB至少包括四层金属层，所述四层金属层由上至下依次包括：由多个Ka频段天线辐射贴片单元排列组合形成的第一Ka频段天线辐射贴片组，由多个Ka频段天线辐射贴片单元排列组合形成的第二Ka频段天线辐射贴片组，用于辐射电磁波的环形耦合缝隙，以及带状线；

所述环形耦合缝隙位于所述第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组内各Ka频段天线辐射贴片单元围设形成的正投影区域内；所述带状线与所述环形耦合缝隙的正投影相交，形成Ku频段天线。

2.根据权利要求1所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组内的各个Ka频段天线辐射贴片单元，围绕所述环形耦合缝隙的中心点呈圆周排布；且所述Ka频段天线辐射贴片单元与所述环形耦合缝隙之间具有预设间距。

3.根据权利要求2所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述第一Ka频段天线辐射贴片组和第二Ka频段天线辐射贴片组，分别包括均匀间隔分布的四个Ka频段天线辐射贴片单元。

4.根据权利要求3所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述Ka频段天线辐射贴片单元和所述环形耦合缝隙的外形均为方形结构，且所述Ka频段天线辐射贴片单元与所述环形耦合缝隙的邻边之间相平行。

5.根据权利要求3所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述Ka频段天线辐射贴片单元和所述环形耦合缝隙的外形均为方形结构，且所述Ka频段天线辐射贴片单元与所述环形耦合缝隙的邻边之间呈45度夹角。

6.根据权利要求4或5所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述带状线包括两条传输线，按所述环形耦合缝隙的中心对称轴对称布置。

7.根据权利要求6所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述传输线与所述环形耦合缝隙的相邻边部垂直相交。

8.根据权利要求1所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述第一Ka频段天线辐射贴片组内的各个Ka频段天线辐射贴片单元，与所述第二Ka频段天线辐射贴片组内的各个Ka频段天线辐射贴片单元相比，具有相同的排列方式和贴片尺寸。

9.根据权利要求1所述的共口径相控阵天线，其特征在于，所述PCB还包括位于带状线底层且接地的至少一层其他金属层。