CN220934399U - 一种双频线极化共口径天线及其阵列 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种双频线极化共口径天线及其阵列，其包括低频辐射贴片；高频辐射贴片；缝隙地，所述缝隙地设置有天线窗，所述高频辐射贴片设置于所述天线窗；金属地板，所述金属地板位于所述缝隙地下方且与所述缝隙地电连接；第一介质层，所述第一介质层设置于所述低频辐射贴片和所述缝隙地之间，所述低频辐射贴片位于所述第一介质层远离所述高频辐射贴片的一侧；第二介质层，所述第二介质层设置于所述缝隙地和所述金属地板之间。本申请易于PCB压合，有利于加工制造生产并集成安装。

Description

一种双频线极化共口径天线及其阵列

技术领域

本申请实施例涉及通信设备的技术领域，更具体的，是一种双频线极化共口径天线及其阵列。

背景技术

随着通信技术的发展，通信设备趋于多功能化，对天线也提出了更高的要求。以卫星通信系统为例，发射和接收通常工作在不同的频段，而卫星通信设备中的提供给天线的空间有限，需要在同一个辐射口径下实现双频天线的正常工作，即为共口径技术。

共口径天线通过空间上的合理布局，充分利用载体空间，减小不同工作频率天线之间的电磁耦合，从而使得功能不同的多副天线可以相互独立互不影响的工作。相关技术手段中，波导缝隙共口径天线因结构设计简单及加工难度低被推广。波导缝隙共口径天线具体为在脊波导肩壁顶面开设高频直缝隙，在凹槽内开低频直缝隙，低频高频为同一极化。波导缝隙共口径天线进行阵列时，阵列的增益较高，但缺点在于波导缝隙共口径天线无法集成安装，波导缝隙共口径天线阵列无法进行整体阵面的波束扫描，工作相对带宽也较窄。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种双频线极化共口径天线及其阵列，易于PCB压合，有利于加工制造生产并集成安装。

本申请提供的一种双频线极化共口径天线及阵列，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种双频线极化共口径天线，采用如下的技术方案：

一种双频线极化共口径天线，包括：

低频辐射贴片；

高频辐射贴片；

缝隙地，所述缝隙地设置有天线窗，所述高频辐射贴片设置于所述天线窗；

金属地板，所述金属地板位于所述缝隙地下方且与所述缝隙地电连接；

第一介质层，所述第一介质层设置于所述低频辐射贴片和所述缝隙地远之间，所述低频辐射贴片位于所述第一介质层远离所述高频辐射贴片的一侧；

第二介质层，所述第二介质层设置于所述缝隙地和所述金属地板之间。

可选的，所述低频辐射贴片为偶极子PCB贴片或微带贴片，所述低频辐射贴片的极化方式为垂直线极化；所述高频辐射贴片为PCB贴片天线且极化方式为水平线极化。

可选的，所述低频辐射贴片采用缝隙馈电结构进行馈电，所述缝隙馈电结构包括耦合缝隙，所述耦合缝隙设置于所述缝隙地上。

可选的，所述耦合缝隙为一字型，所述耦合缝隙长边与低频辐射贴片极化方向垂直，缝隙短边与低频辐射贴片极化方向平行。

可选的，所述低频辐射贴片为偶极子PCB贴片，所述缝隙馈电结构还包括两个第一馈电过孔，所述第一馈电过孔设置于所述第一介质层，两个第一馈电过孔分别位于所述耦合缝隙两侧；所述第一馈电过孔一端连接于所述低频辐射贴片，所述第一馈电过孔另一端连接于所述缝隙地。

可选的，所述第二介质层设置有第二馈电过孔，所述第二馈电过孔一端与所述高频辐射贴片连接，所述第二馈电过孔的另一端连接所述金属地板。

可选的，所述第二介质层设置有多个金属化过孔，多个所述金属化过孔在所述第二介质层内围合形成金属挡墙，所述高频辐射贴片的正交投影位于金属挡墙内。

可选的，所述第二介质层和所述金属地板之间设置有第三介质层，所述第三介质层于所述第二介质层之间设置有带状线，所述第三介质层还设置有第三馈电过孔和多个金属化过孔，所述第三馈电过孔一端与所述带状线电连接，所述第三馈电过孔的另一端连接于所述金属地板。

可选的，所述低频辐射贴片工作在Ku波段，所述高频辐射贴片工作在Ka波段，所述低频辐射贴片的数量为1个，所述高频辐射贴片的数量为4个，4个所述高频辐射贴片按2×2阵列均匀排布在所述缝隙地上。

第二方面，本申请提供一种双频线极化共口径天线阵列，采用如上述的共口径天线，共口径天线并排和/或并列进行排列。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：高频辐射贴片与缝隙地复用同层，节省使用了一层介质板，易于PCB压合加工，有利于加工制造生产并集成安装，有效降低了高频辐射贴片的剖面高度；同时高频辐射贴片与低频辐射贴片之间为不同层设计，双频单元之间高度差相对现有技术增加，有利于提高异频隔离度。

附图说明

图1为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线的剖视图；

图3为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线Ku频段的仿真结果示意图；

图4为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线Ka频段的仿真结果示意图；

图5为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线阵列的示意图；

图6为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线阵列中Ka频段E面扫描方向图；

图7为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线阵列中Ka频段H面扫描方向图；

图8为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线阵列中Ku频段E面扫描方向图；

图9为本申请实施例公开的一种双频线极化共口径天线阵列中Ku频段H面扫描方向图。

附图标记说明：

100、共口径天线；110、低频辐射贴片；120、高频辐射贴片；130、第一介质层；131、第一馈电过孔；140、缝隙地；141、耦合缝隙；142、天线窗；150、第二介质层；151、第二馈电过孔；160、第三介质层；161、带状线；162、第三馈电过孔；163、金属化过孔；170、金属地板。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请公开一种双频线极化共口径天线。

请参阅图1和图2，一种双频线极化共口径天线100包括位于低频辐射层的低频辐射贴片110、位于高频辐射层的高频辐射贴片120、第一介质层130、缝隙地140、第二介质层150、第三介质层160以及金属地板170，高频辐射层和缝隙地140采用同层复用结构。其中，低频辐射贴片110用于辐射低频信号，高频辐射贴片120用于辐射高频信号。

缝隙地140位于第一介质层130和第二介质层150之间，第三介质层160位于第二介质层150和金属地板170之间，第一介质层130、缝隙地140、第二介质层150、第三介质层160以及金属地板170相互接触且相互之间电连接，低频辐射贴片110设置于第一介质层130，高频辐射贴片120设置于缝隙地140。具体的，缝隙地14设置有天线窗142，天线窗142通过在缝隙地140上通过刻蚀的方式获取，或者通过挖掉缝隙地140中天线窗142与高频辐射贴片120之间的空白结构实现。在本实施例中，第一介质层130优先选用Rogers RO4350材质，其介电常数为3.66，损耗角正切为0.004，介质厚度为2.032mm；高频辐射贴片120为圆形金属贴片，天线窗142的横截面为正方形，天线窗142的面积略大于高频辐射贴片120的面积。低频辐射贴片110印刷于第一介质层130，高频辐射贴片120印刷于天线窗142。在这里需要说明的是，高频辐射贴片120和天线窗142也可以是其他形状，本实施例对高频辐射贴片120和天线窗142的形状不作具体限定。

低频辐射贴片通常需要更高的剖面高度，高频辐射贴片需要更低的剖面高度，因此将高频辐射贴片120放置在缝隙地140进行结构同层复用，节省使用了一层介质板，易于PCB加工压合，有利于加工制造生产并集成安装，同时有效降低了高频辐射贴片120的剖面高度，双频单元之间高度差增加，提高了低频与高频天线之间的隔离度。

请参阅图1，在本实施例中，共口径天线100的工作频段分别为低频Ku波段和高频Ka波段，低频辐射贴片110工作在Ku波段，高频辐射贴片120工作在Ka波段，低频辐射贴片110的数量为1个，高频辐射贴片120的数量为4个，4个高频辐射贴片120按2×2阵列均匀排布在缝隙地，天线窗142设置有4个，4个高频辐射贴片120一一对应印刷于4个天线窗142上端面。

低频辐射贴片110采用偶极子PCB贴片或者微带贴片，低频辐射贴片110的极化方式为垂直线极化，低频辐射贴片110采用缝隙馈电结构进行馈电。高频辐射贴片120采用PCB贴片天线，高频辐射贴片120的极化方式为水平线极化。

偶极子PCB贴片天线相对PCB贴片天线带宽更宽，低频辐射贴片110为偶极子PCB贴片时，缝隙馈电结构包括耦合缝隙141和两个第一馈电过孔131，耦合缝隙141设置于缝隙地140，第一馈电过孔131设置于第一介质层130，两个第一馈电过孔131分别位于耦合缝隙141两侧；第一馈电过孔131一端与低频辐射贴片110电连接，第一馈电过孔131另一端连接于与缝隙地140。低频辐射贴片110利用缝隙馈电的方式实现偶极子的平衡馈电，保证偶极子双臂上的相位差为180度，缝隙馈电区别于常规的不平衡馈电的方式，可以减少偶极子组阵后因不平衡馈电产生共模谐振，保证组阵后各个频点的方向图正常。进一步的，耦合缝隙141为一字型，耦合缝隙141长边与低频辐射贴片110极化方向垂直，缝隙短边与低频辐射贴片110极化方向平行，耦合缝隙141位于四个天线窗142的间隙，低频辐射贴片的耦合缝隙141可以切断高频电流，进而提升高频辐射贴片120之间的隔离度。

在其他实施例中，低频辐射贴片110为微带贴片天线，微带贴片天线同样使用缝隙耦合馈电，微带贴片与偶极子PCB贴片的缝隙馈电结构不同之处在于不包括第一馈电过孔131。微带贴片天线具体实施为将两个偶极子臂换成矩形贴片，并去掉偶极子下方馈电的第一馈电过孔131。进一步的，在微带贴片和耦合缝隙141之间挖槽填充空气，可以进一步提高Ku频段的带宽。

请继续参阅图1，第二介质层设置有第二馈电过孔151，第二馈电过孔151一端连接高频辐射贴片120，第二馈电过孔151的另一端连接金属地板140，高频辐射贴片120采用同轴馈电的方式进行馈电。第二馈电过孔151设置有四个，每个第二馈电过孔151与每个高频辐射贴片120一一对应。

第二介质层150设置有多个金属化过孔163，多个金属化过孔163在第二介质层130内围合形成金属挡墙，金属挡墙设置有四个，金属挡墙的形状与天线窗142的形状相匹配，每个金属挡墙与每个天线窗142一一对应，且高频辐射贴片120的正交投影位于金属挡墙内。金属挡墙一方面可以抑制缝隙地140与金属地板170之间产生的腔体谐振，避免带状线161辐射，另一方面高频辐射贴片120四周设有金属挡墙也有效提高了高频辐射贴片120之间的同频隔离度。

请参阅图1和图2，第二介质层150和第三介质层160之间设置有带状线161，第三介质层160设置有第三馈电过孔162，带状线161设置于第三介质层160的上端面，第三馈电过孔162一端与带状线161连接，第三馈电过孔162的另一端连接金属地板。带状线161可对低频辐射贴片110进行阻抗匹配调谐，进一步拓展低频辐射贴片110的带宽。

第三介质层160还设置有多个金属化过孔163，第三介质层160内的多个金属化过孔163与所第二介质层150内的金属化过孔163一一对应设置，形成金属挡墙。在本实施例中，第二介质层150和第三介质层160优先选用厚度为0.508mm的Rogers RO4350材质。

共口径天线的Ku频段的仿真结果如图3所示，低频辐射贴片110在工作带内的S11均小于-10dB，同时得益于不同层设计，高频辐射贴片120与低频辐射贴片110在低频Ku频段的隔离度(S21)在-20dB以下，仿真对比若高频辐射贴片120与缝隙地140不复用结构，Ka剖面变高，异频隔离度为-15dB左右。共口径天线的Ka频段的仿真结果如图4所示，高频辐射贴片120在工作带内的反射系数(S22)小于-10dB，高频辐射贴片120与低频辐射贴片110在低频Ka频段的隔离度(S21)在-20dB以下，4个高频辐射贴片120之间的同频隔离度(S32)在-25dB左右。

本申请公开一种双频线极化共口径天线阵列。请参阅图5，一种双频线极化共口径天线阵列采用上述共口径天线100并排和/或并列进行组阵设计。在本实施例中，共口径天线阵列规模为6×6矩形均匀阵列，其中低频辐射贴片110为6×6阵列，高频辐射贴片120为12×12阵列。

图6为仿真得到的天线阵列Ka频段的E面方向图，图7为仿真得到的天线阵列Ka频段的H面方向图，请参阅图6和图7，组阵后Ka频段扫描范围为±55°，E面扫描至最大角度增益下降4dB，H面扫描至最大角度增益仅仅下降2dB。

低频辐射贴片110采用了缝隙馈电，即平衡馈电，避免了共模谐振，实现的Ku带内的大角度扫描，且大角度下增益降幅很低。图8为仿真得到的天线阵列Ku频段的E面方向图，图9为仿真得到的天线阵列Ku频段的H面方向图，请参阅图8和图9，从仿真结果来看，组阵后Ku频段扫描范围为±50°，E面扫描至最大角度增益只下降3dB，H面扫描至最大角度增益只下降3dB。低频辐射贴片110的数目相对高频辐射贴片120较少，仅仅使用6个低频辐射贴片即可扫描至50°。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示，需要说明的是，上面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双频线极化共口径天线，其特征在于，包括：

低频辐射贴片(110)；

高频辐射贴片(120)；

缝隙地(140)，所述缝隙地(140)设置有天线窗(142)，所述高频辐射贴片(120)设置于所述天线窗(142)；

金属地板(170)，所述金属地板(170)位于所述缝隙地(140)下方且与所述缝隙地(140)电连接；

第一介质层(130)，所述第一介质层(130)设置于所述低频辐射贴片(110)和所述缝隙地(140)之间，所述低频辐射贴片(110)位于所述第一介质层(130)远离所述高频辐射贴片(120)的一侧；

第二介质层(150)，所述第二介质层(150)设置于所述缝隙地(140)和所述金属地板(170)之间。

2.根据权利要求1所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述低频辐射贴片(110)为偶极子PCB贴片或微带贴片，所述低频辐射贴片(110)的极化方式为垂直线极化；所述高频辐射贴片(120)为PCB贴片天线且极化方式为水平线极化。

3.根据权利要求2所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述低频辐射贴片(110)采用缝隙馈电结构进行馈电，所述缝隙馈电结构包括耦合缝隙(141)，所述耦合缝隙(141)设置于所述缝隙地(140)上。

4.根据权利要求3所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述耦合缝隙(141)为一字型，所述耦合缝隙(141)长边与低频辐射贴片(110)极化方向垂直，缝隙短边与低频辐射贴片(110)极化方向平行。

5.根据权利要求3所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述低频辐射贴片(110)为偶极子PCB贴片，所述缝隙馈电结构还包括两个第一馈电过孔(131)，所述第一馈电过孔(131)设置于所述第一介质层(130)，两个第一馈电过孔(131)分别位于所述耦合缝隙(141)两侧；所述第一馈电过孔(131)一端连接于所述低频辐射贴片(110)，所述第一馈电过孔(131)另一端连接于所述缝隙地(140)。

6.根据权利要求1所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述第二介质层(150)设置有第二馈电过孔(151)，所述第二馈电过孔(151)一端与所述高频辐射贴片(120)连接，所述第二馈电过孔(151)的另一端连接所述金属地板(170)。

7.根据权利要求1所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述第二介质层(150)设置有多个金属化过孔(163)，多个所述金属化过孔(163)在所述第二介质层(150)内围合形成金属挡墙，所述高频辐射贴片(120)的正交投影位于金属挡墙内。

8.根据权利要求7所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述第二介质层(150)和所述金属地板(170)之间设置有第三介质层(160)，所述第三介质层(160)与所述第二介质层(150)之间设置有带状线(161)，所述第三介质层(160)还设置有第三馈电过孔(162)和多个金属化过孔(163)，所述第三馈电过孔(162)一端与所述带状线(161)连接，所述第三馈电过孔(162)的另一端连接所述金属地板(170)。

9.根据权利要求1所述的一种双频线极化共口径天线，其特征在于，所述低频辐射贴片(110)工作在Ku波段，所述高频辐射贴片(120)工作在Ka波段，所述低频辐射贴片(110)的数量为1个，所述高频辐射贴片(120)的数量为4个，4个所述高频辐射贴片(120)按2×2阵列均匀排布在所述缝隙地(140)上。

10.一种双频线极化共口径天线阵列，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的共口径天线(100)，共口径天线(100)并排和/或并列进行排列。