一种宽频多层平板双极化天线阵制造技术

本发明专利技术提供了一种宽频多层平板双极化天线阵，包括以n×m阵列形式排布的水平辐射单元、m×n阵列形式排布的垂直辐射单元、若干平衡馈电结构、上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板、馈电装置，其中，n、m为整数。本发明专利技术采用了增强耦合效应、阶梯状结构的辐射单元、平衡馈电结构、在辐射单元上方加载介质层等技术措施实现了宽带的效果。同时，由于本发明专利技术将水平辐射单元和垂直辐射单元在空间上相互垂直排布，以此形成了双极化性能。

A wide-band multilayered double polarized antenna array

The present invention provides a multi-layer flat broadband dual polarized antenna, including n * m array arrangement level of radiation unit, m * n array arranged vertical radiation unit, a plurality of balance feeding structure, the upper dielectric plate, middle dielectric plate and the lower plate, metal plate, medium material feeding device among them, N, m as integer. The invention adopts the enhancement coupling effect, the step structure radiation unit, the balanced feeding structure, and the dielectric layer technology above the radiation unit to achieve the broadband effect. At the same time, the invention creates a dual polarization performance because the horizontal radiation unit and the vertical radiation unit are vertically arranged in space.

【技术实现步骤摘要】
一种宽频多层平板双极化天线阵
本专利技术属于天线
，尤其涉及到一种宽频多层平板双极化天线阵。
技术介绍
现有的天线阵多数带宽较窄，当要求天线工作在多个频段时，需要多个天线实现，占用空间大。现有的部分宽带天线阵，其剖面较高，难以实现平面化；当需要双极化性能时，往往需要在空间上设置多组相互垂直的单元来实现，增大了天线的体积。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有天线阵列带宽较窄、剖面高，难以实现平面化和双极化的问题，提供一种宽频多层平板双极化天线阵，以减小占用空间，用单一天线实现宽频覆盖，降低天线剖面，同时可实现双极化性能。为实现上述目的，本专利技术提供了一种宽频多层平板双极化天线阵，其特征在于，包括以n×m阵列形式排布的水平辐射单元、m×n阵列形式排布的垂直辐射单元、若干平衡馈电结构、上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板、馈电装置，其中，n、m为整数。所述上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板按照从上到下的顺序设置。水平辐射单元阵列、垂直辐射单元阵列分别设置于中层介质材料板的上、下表面，所述水平辐射单元、垂直辐射单元的结构相同，包含两个对称的子单元，所述子单元呈五级渐变结构，从一端到另一端分别为第一结构、第二结构、第三结构、第四结构、第五结构，其中第一结构、第二结构、第四结构、第五结构呈矩形，第三结构呈梯形，且第一结构宽度<第二结构宽度=第三结构的短边长<第三结构的长边长<第四结构宽度<第五结构宽度。每两个相对的子单元对应设置平衡馈电结构，所述平衡馈电结构包含四个金属柱，四个金属柱两两对称位于辐射单元的两侧，每个子单元的第三结构和第四结构之间设置有一个金属柱，第一结构处设置有一个金属柱，所述金属柱一端连接子单元，另一端连接到金属底板上。与第一结构连接的金属柱通过金属底板区域连接到馈电装置，其余金属柱通过金属底板区域接地。进一步的，所述水平辐射单元、垂直辐射单元的长度小于或者等于，其中为所述宽频多层平板双极化天线阵最低工作频率对应的波长。进一步的，每个水平辐射单元子单元所确定的垂直线上对应设置一个垂直辐射单元，水平辐射单元子单元相对端在垂直方向上的投影落入其下设置的垂直辐射单元子单元的相对端所在区域。进一步的，水平辐射单元子单元相对端在垂直方向上的投影落入其下设置的垂直辐射单元子单元的相对端所在区域范围的长度小于第五结构的宽度。进一步的，第二层介质材料板上表面、下表面均设置有若干正十边形通孔，上表面的各个正十边形通孔周围环绕四个水平辐射单元、下表面的各个正十边形通孔周围环绕四个垂直辐射单元。进一步的，正十边形通孔边长小于0.31*(d1-2*d2)，其中，d1为相邻水平辐射单元之间的间距、相邻垂直辐射单元之间的间距，d2为水平辐射单元子单元相对端在垂直方向上的投影落入其下设置的垂直辐射单元子单元的相对端所在区域范围的长度。进一步的，相邻水平辐射单元之间的间距与相邻垂直辐射单元之间的间距相同，所述间距小于等于。其中，为宽频多层平板双极化天线阵最高工作频率对应的波长。本专利技术的有益效果为：本专利技术采用了增强耦合效应、阶梯状结构的辐射单元、平衡馈电结构、在辐射单元上方加载介质层等技术措施实现了宽带的效果。同时，由于本专利技术将水平辐射单元和垂直辐射单元在空间上相互垂直排布，以此形成了双极化性能。理论计算结果表明，本专利技术天线在有源驻波比小于2的条件下，具有8.5GHz-20.5GHz的工作频带，实现了单一天线的宽带覆盖，剖面高度小于1厘米，减小了占用的空间体积，实现了双极化性能。克服了现有天线阵列带宽较窄，剖面高，难以实现双极化的问题。附图说明图1是本专利技术水平辐射单元整体结构侧视图。图2是本专利技术垂直辐射单元整体结构侧视图。图3是本专利技术天线的第二层介质板的辐射单元的俯视图。图4是本专利技术天线的第二层介质板的整体俯视图。图5是本专利技术天线阵中单元的有源驻波曲线图。图6是本专利技术天线阵中水平辐射单元在10GHz时的远场辐射方向图。图7是本专利技术天线阵中水平辐射单元在14GHz时的远场辐射方向图。图8是本专利技术天线阵中水平辐射单元在18GHz时的远场辐射方向图。图9是本专利技术天线阵中垂直辐射单元在10GHz时的远场辐射方向图。图10是本专利技术天线阵中垂直辐射单元在14GHz时的远场辐射方向图。图11是本专利技术天线阵中垂直辐射单元在18GHz时的远场辐射方向图。图中：1.上层介质材料板，2.中层介质材料板，3.下层介质材料板，4.金属底板，5.馈电装置，6.金属柱，7.正十边形通孔，2-1-1.第一结构、2-1-2.第二结构、2-1-3.第三结构、2-1-4.第四结构、2-1-5.第五结构。具体实施方式本专利技术所述宽频多层平板双极化天线阵，包括以n×m阵列形式排布的水平辐射单元、m×n阵列形式排布的垂直辐射单元、若干平衡馈电结构、上层介质材料板1、中层介质材料板2、下层介质材料板3、馈电装置5。图1-图4展示了本专利技术的结构。所述上层介质材料板1、中层介质材料板2、下层介质材料板3、金属底板4按照从上到下的顺序设置。其中，所述上层介质材料板1、中层介质材料板2、下层介质材料板3采用现有天线阵普遍采用的材料。水平辐射单元阵列、垂直辐射单元阵列分别设置于中层介质材料板2的上、下表面。水平辐射单元阵列中各个水平辐射单元的长度方向相同。垂直辐射单元阵列中各个垂直辐射单元的长度方向相同，且与水平辐射单元的长度方向垂直。所述水平辐射单元、垂直辐射单元的结构相同，包含两个对称的子单元，所述子单元呈五级渐变结构，从一端到另一端分别为第一结构2-1-1、第二结构2-1-2、第三结构2-1-3、第四结构2-1-4、第五结构2-1-5，其中第一结构2-1-1、第二结构2-1-2、第四结构2-1-4、第五结构2-1-5呈矩形，第三结构2-1-3呈梯形，且第一结构2-1-1宽度<第二结构2-1-2宽度=第三结构2-1-2的短边长<第三结构2-1-2的长边长<第四结构2-1-4宽度<第五结构2-1-5宽度。从第一结构2-1-1到第五结构2-1-5方向就是长度方向。进一步的，每个水平辐射单元子单元所确定的垂直线上对应设置一个垂直辐射单元，水平辐射单元子单元相对端在垂直方向上的投影落入其下设置的垂直辐射单元子单元的相对端所在区域，该区域的长度小于第五结构2-1-5的宽度。进一步的，水平辐射单元、垂直辐射单元分别进行n×m和m×n的排布，相邻辐射单元间的距离为d1，0<d1，其中为本专利技术最高工作频率对应的波长。每两个相对的子单元对应设置一个平衡馈电结构，所述平衡馈电结构包含四个金属柱6，每个子单元的第三结构2-1-3和第四结构2-1-4之间设置有一个金属柱6，该金属柱6圆心距离辐射单元窄端的距离分别为0.3mm；第一结构2-1-1处设置有一个金属柱6，所述金属柱6一端连接子单元，另一端连接到金属底板4上，该金属柱距离辐射单元窄端的距离分别为0.3mm，1.58mm。与第一结构2-1-1连接的金属柱6通过金属底板4区域连接到馈电装置5，其余金属柱6通过金属底板4区域接地。应当理解，与第一结构2-1-1连接的金属柱6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频多层平板双极化天线阵，其特征在于，包括以n×m阵列形式排布的水平辐射单元、m×n阵列形式排布的垂直辐射单元、若干平衡馈电结构、上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板、馈电装置，其中，n、m为整数；所述上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板按照从上到下的顺序设置；水平辐射单元阵列、垂直辐射单元阵列分别设置于中层介质材料板的上、下表面，所述水平辐射单元、垂直辐射单元的结构相同，包含两个对称的子单元，所述子单元呈五级渐变结构，从一端到另一端分别为第一结构、第二结构、第三结构、第四结构、第五结构，其中第一结构、第二结构、第四结构、第五结构呈矩形，第三结构呈梯形，且第一结构宽度<第二结构宽度=第三结构的短边长<第三结构的长边长<第四结构宽度<第五结构宽度；每两个相对的子单元对应设置平衡馈电结构，所述平衡馈电结构包含四个金属柱，四个金属柱两两对称位于辐射单元的两侧，每个子单元的第三结构和第四结构之间设置有一个金属柱，第一结构处设置有一个金属柱，所述金属柱一端连接子单元，另一端连接到金属底板上；与第一结构连接的金属柱通过金属底板区域连接到馈电装置，其余金属柱通过金属底板区域接地。...

【技术特征摘要】
1.一种宽频多层平板双极化天线阵，其特征在于，包括以n×m阵列形式排布的水平辐射单元、m×n阵列形式排布的垂直辐射单元、若干平衡馈电结构、上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板、馈电装置，其中，n、m为整数；所述上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板按照从上到下的顺序设置；水平辐射单元阵列、垂直辐射单元阵列分别设置于中层介质材料板的上、下表面，所述水平辐射单元、垂直辐射单元的结构相同，包含两个对称的子单元，所述子单元呈五级渐变结构，从一端到另一端分别为第一结构、第二结构、第三结构、第四结构、第五结构，其中第一结构、第二结构、第四结构、第五结构呈矩形，第三结构呈梯形，且第一结构宽度&lt;第二结构宽度=第三结构的短边长&lt;第三结构的长边长&lt;第四结构宽度&lt;第五结构宽度；每两个相对的子单元对应设置平衡馈电结构，所述平衡馈电结构包含四个金属柱，四个金属柱两两对称位于辐射单元的两侧，每个子单元的第三结构和第四结构之间设置有一个金属柱，第一结构处设置有一个金属柱，所述金属柱一端连接子单元，另一端连接到金属底板上；与第一结构连接的金属柱通过金属底板区域连接到馈电装置，其余金属柱通过金属底板区域接地。2.如权利要求1所述的宽频多层平板双极化天线阵，其特征在于，所述水平辐射单元、垂直极化单...

【专利技术属性】
技术研发人员：于松涛，张浩斌，于丹，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51