一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元制造技术

本发明专利技术公开了一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元，其包括逐层连接的辐射层、馈电层、金属基板和连接结构；辐射层与馈电层耦合；辐射层包括第一基片集成波导腔结构，以及设置于第一基片集成波导腔结构端面的主辐射贴片和寄生辐射贴片，主辐射贴片和寄生辐射贴片相匹配；馈电层中包括相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电，连接结构贯穿金属基板并分别连接到第一缝隙馈电和第二缝隙馈电。本设计的天线单元具备较宽的驻波带宽，相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电具备较好的交叉极化隔离效果，本设计的天线单元结构紧凑，所设计的层级结构的可加工性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元
本专利技术涉及天线
，尤其是一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元。
技术介绍
双极化天线能发射或接收两个正交极化的电磁波，因此在同一带宽内，天线可以发射或接收两种信号，这有利于频率复用或者收发同时工作。目前常用的双极化天线有波导缝隙天线、喇叭天线、印刷振子天线和微带天线。其中波导缝隙天线的设计及加工难度大，喇叭天线尺寸大、重量重、剖面高，印刷振子天线也存在剖面较高的问题，在某些应用场景中不再适用。微带天线因具有体积小、重量轻、剖面低、易于共形、可加工性好等特点，已得到广泛的应用。但微带双极化天线的交叉极化隔离一般不佳，且微带天线带宽较窄的问题也亟待解决。为解决微带天线交叉极化隔离不佳以及带宽窄等问题，国内外天线领域工作者做了大量研究。文献[1]揭示了一种双极化微带天线，该天线采用单层辐射贴片设计，“工”字型耦合缝隙正交且分离设计于同一层，两个极化的耦合缝隙之间有金属化过孔形成的金属隔离墙，两个极化的馈线位于同一层。该天线可以实现良好的端口隔离，达到32dB，同时提高了天线的增益。但该天线的带宽较窄，仅7.5%，且文中未提及天线的交叉极化隔离度。文献[2]中提出了一种混合馈电的双极化微带天线设计，其垂直极化采用共面的微带线馈电，而水平极化则采用缝隙耦合馈电形式，把实现双极化的两套网络置于接地板两侧，从而提高端口隔离度，同时采用反相馈电技术抑制天线的交叉极化。经过测试，该天线两种极化端口的阻抗带宽均大于14.6%（电压驻波比小于1.6），端口之间的隔离度优于34dB，水平极化端口的交叉极化电平抑制优于26dB，垂直极化端口的交叉极化电平抑制优于24dB。由于在第一层和第三层之间填充Rohacell31HF泡沫来提高天线的带宽、在第四层和第六层之间填充Rohacell31HF泡沫以及在第六层表面的金属膜来减小背向辐射，天线的剖面较高，同时采用共面的微带线馈电会带来寄生辐射，影响天线的性能。文献[3]中提出了一种采用环形耦合结构和弯折型探针结合馈电的微带天线，由6个H型缝隙构成环形耦合结构，其中一个馈电端口通过威尔金森功分器和180°移相器形成倒相馈电，提高了端口隔离度，达到40dB，另一个端口通过T型微带馈电。该天线阻抗带宽为14%、交叉极化隔离度为23dB，但其结构繁琐，设计复杂，且馈电网络占据太多的空间，不利于组阵。除此之外，还有一些专利文献公开了提高天线带宽的方案，例如CN110137672A、CN101982899A等，此类文献能够在一定程度上拓宽天线带宽，但是，总体而言，其要么交叉极化隔离效果欠佳，增益不理想，要么可加工性不强。参考文献：[1]孙静.一种双极化天线辐射单元：中国，CN207165756U[P].2018-03-30.[2]汪伟，梁仙灵，钟顺时.一种双极化微带天线阵的设计[J].雷达科学与技术，2004，241-246.[3]SimCYD,ChangCC,RowJS.Dual-FeedDual-PolarizedPatchAntennaWithLowCrossPolarizationandHighIsolation[J].IEEETransactionsonAntennas&Propagation,2009,57(10):3321-3324。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元，以获得带宽宽、交叉极化隔离好、结构紧凑、可加工性好的双极化天线单元。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元，其包括逐层连接的辐射层、馈电层、金属基板和连接结构；辐射层与馈电层耦合；辐射层包括第一基片集成波导腔结构，以及设置于第一基片集成波导腔结构端面的主辐射贴片和寄生辐射贴片，主辐射贴片和寄生辐射贴片相匹配；馈电层中包括相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电，连接结构贯穿金属基板并分别连接到第一缝隙馈电和第二缝隙馈电。上述天线单元的工作原理为：信号从连接结构馈入，经过第一缝隙馈电耦合至主辐射贴片，寄生辐射贴片产生二次耦合并向空间辐射第一极化电磁波，已获得较宽带宽；对于第二缝隙馈电，信号从连接结构馈入，经过第二缝隙馈电耦合至主辐射贴片，寄生辐射贴片产生二次耦合并向空间辐射第二极化电磁波。逐层设计的天线单元结构紧凑、便于加工。辐射层设计基片集成波导腔结构可以起到束缚电磁波和抑制表面波的作用，以层级结构设计相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电，可以起到很好的交叉极化隔离效果。整体的天线单元结构能够在较宽的带宽范围内获得理想的增益。进一步的，所述辐射层包括逐层设置的辐射层地、辐射层下层介质基片、辐射层半固化片、辐射层上层介质基片以及上表面金属层，辐射层还包括辐射层金属化通孔、主辐射贴片和寄生辐射贴片。辐射层金属化通孔贯穿辐射层下层介质基片、辐射层半固化片和辐射层上层介质基片，将辐射层地和上表面金属层导通，形成第一基片集成波导腔结构。主辐射贴片设置于辐射层上层介质基片的下表面，寄生辐射贴片设置于辐射层上层介质基片的上表面。现有技术均是采用一层基片贴一片辐射贴片的方案，主辐射贴片与耦合馈电之间就存在多层介质，从而影响耦合效率。本设计在基片下表面（现有方式是设置在上表面）设计主辐射贴片，可以大幅提高耦合效果。辐射层地开设辐射层地通孔（即开窗），与耦合馈电和辐射贴片对应，使得耦合馈电的射频信号能够通过开开窗进入到辐射贴片中实现耦合。进一步的，所述辐射层金属化通孔的孔心距小于λ/10，λ为电磁波波长。该设计可以确保形成的基片集成波导腔可以起到较好的束缚电磁波和抑制表面波的作用。进一步的，所述辐射层下层介质基片和辐射层半固化片上，均开设有辐射层非金属化通孔，共同形成了辐射层非金属化盲孔。该设计可以进一步拓宽基于耦合馈电的宽带双极化天线工作带宽。进一步的，馈电层还包括第二基片集成波导腔结构，第一缝隙馈电包括第一耦合缝隙和第一极化馈线，第二缝隙馈电包括第二耦合缝隙和第二极化馈线，第一耦合缝隙和第二耦合缝隙相互正交地设置于第二基片集成波导腔结构端面，第一极化馈线和第二极化馈线相互正交地设置于第二基片集成波导腔结构中。基片集成波导腔结构可以起到束缚电磁波和抑制表面波的作用。同时，将第一极化馈线和第二极化馈线设置于基片集成波导腔结构中，增加了两个极化端口之间的隔离度，也可以防止信号扩散，从而提高极化馈线从耦合缝隙输出的效率，将耦合缝隙设置于集成波导腔结构端面，同时再结合辐射层结构，可以确保辐射贴片对极化馈电的感应具备较高的功率。进一步的，所述馈电层包括逐层设置的馈电层地、馈电层下层介质基片、馈电层下层半固化片、馈电层中层介质基片、馈电层上层半固化片、馈电层上层介质基片和耦合层；馈电层金属化通孔贯穿馈电层上层介质基片、馈电层上层半固化片、馈电层中层介质基片、馈电层下层半固化片和馈电层下层介质基片，将馈电层地和耦合层导通，形成第二基片集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元，其特征在于，包括逐层连接的辐射层（1）、馈电层（2）、金属基板（4）和连接结构（3）；/n辐射层（1）与馈电层（2）耦合；/n辐射层（1）包括第一基片集成波导腔结构，以及设置于第一基片集成波导腔结构端面的主辐射贴片（13）和寄生辐射贴片（11），主辐射贴片（13）和寄生辐射贴片（11）相匹配；/n馈电层（2）中包括相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电，连接结构（3）贯穿金属基板（4）并分别连接到第一缝隙馈电和第二缝隙馈电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元，其特征在于，包括逐层连接的辐射层（1）、馈电层（2）、金属基板（4）和连接结构（3）；
辐射层（1）与馈电层（2）耦合；
辐射层（1）包括第一基片集成波导腔结构，以及设置于第一基片集成波导腔结构端面的主辐射贴片（13）和寄生辐射贴片（11），主辐射贴片（13）和寄生辐射贴片（11）相匹配；
馈电层（2）中包括相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电，连接结构（3）贯穿金属基板（4）并分别连接到第一缝隙馈电和第二缝隙馈电。


2.如权利要求1所述的宽带双极化天线单元，其特征在于，所述辐射层（1）包括逐层设置的辐射层地（17）、辐射层下层介质基片（16）、辐射层半固化片（15）、辐射层上层介质基片（14）以及上表面金属层（12），辐射层（1）还包括辐射层金属化通孔（19）、主辐射贴片（13）和寄生辐射贴片（11）；
辐射层金属化通孔（19）贯穿辐射层下层介质基片（16）、辐射层半固化片（15）和辐射层上层介质基片（14），将辐射层地（17）和上表面金属层（12）导通，形成第一基片集成波导腔结构；
主辐射贴片（13）设置于辐射层上层介质基片（14）的下表面，寄生辐射贴片（11）设置于辐射层上层介质基片（14）的上表面；
辐射层地（17）开有辐射层地通孔（171）。


3.如权利要求2所述的宽带双极化天线单元，其特征在于，所述辐射层金属化通孔（19）的孔心距小于λ/10，λ为电磁波波长。


4.如权利要求2所述的宽带双极化天线单元，其特征在于，所述辐射层下层介质基片（16）和辐射层半固化片（15）上，均开设有辐射层非金属化通孔（18）。


5.如权利要求1所述的宽带双极化天线单元，其特征在于，馈电层（2）还包括第二基片集成波导腔结构，第一缝隙馈电包括第一耦合缝隙和第一极化馈线，第二缝隙馈电包括第二耦合缝隙和第二极化馈线，第一耦合缝隙和第二耦合缝隙相互正交地设置于第二基片集成波导腔结构端面，第一极化馈线和第二极化馈线相互正交地设置于第二基片集成波...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋立平，薛伟，肖润均，丁卓富，邓金峰，
申请(专利权)人：成都雷电微力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51