双频双极化天线单元、子阵移相模块及相控阵天线阵列制造技术

本申请提供一种双频双极化天线单元、子阵移相模块及相控阵天线阵列，其中天线单元包括辐射加载单元、喇叭天线和正交耦合器；子阵移相模块包括发射、接收馈电网络以及呈直线排布的若干双频双极化天线单元；双频双极化相控阵天线阵列包括若干依次排布的双频双极化相控模块；通过将正交模耦合器集成到辐射天线单元中，实现双频双线极化并减小收发端口互扰；通过采用宽带喇叭天线作为基本辐射单元，实现收发共口径辐射；在天线上方加辐射加载单元，抑制旁瓣电平，提高主极化增益；采用低损耗的发射接收空气波导馈电网络，实现天线单元等辐同相激励，提高了阵列结构紧凑型，有效降低剖面高度；通过相控阵的子阵模块化设计，减小相移射频模块降低成本。射频模块降低成本。射频模块降低成本。

【技术实现步骤摘要】
双频双极化天线单元、子阵移相模块及相控阵天线阵列


[0001]本申请涉及无线通信技术的天线设计
，尤其涉及一种双频双极化天线单元、子阵移相模块及相控阵天线阵列。

技术介绍

[0002]随着现代通信以及物联网业务的快速发展，人们对于通信容量的需求日益增长，低轨卫星网络因其高通信、广覆盖范围、低误码率等优势得到了广泛的应用，而相控阵天线阵列作为关键器件之一，成为目前的研究热点。与传统的单极化天线相比，双极化天线利用极化复用技术，可以对两路相互正交的电磁波信号进行接收和发射，有效地提高了通信效率。此外，电子扫描相控阵采用数字控制波束指向，可以实现卫星通信过程中精确的点对点信号传输，完成星对星、星对地的信息传输。对于远距离卫星通信传输而言，相控阵天线需要满足高增益、双频双极化收发复用、高隔离度以及低交叉极化电平等性能需求。
[0003]双极化相控阵天线可以分为微带天线、透射及反射超表面天线、波导天线。微带天线的介质损耗、表面波损耗、微带馈线损耗等会随着阵列尺寸的增大和频率的提升而变得不可忽视；超表面天线需要喇叭馈源进行馈电，因此整体结构剖面较高，安装困难。
[0004]然而，现有的双极化的波导相控阵天线存在着难以覆盖卫星发射和接收频段、收发端口隔离差等问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请的目的在于提出一种双频双极化天线单元、相控模块及相控阵天线阵列，以解决现有天线阵列收发端口隔离度低、难以满足卫星上下行通信要求的问题。
[0006]基于上述目的，本申请提供了一种双频双极化天线单元，包括：辐射加载单元、喇叭天线和正交耦合器；
[0007]所述喇叭天线，包括喇叭状的天线主体；所述天线主体包括馈电端口和窄口端和辐射端口；
[0008]辐射加载单元，包括四个圆柱形栅格，所述四个圆柱形栅格呈田字型分布设置于所述辐射端口；
[0009]所述正交耦合器，包括：
[0010]输出端口，电连接于所述馈电端口，用于将信号传递至所述喇叭天线；
[0011]第一输入端口与所述输端口相对设置，用于接收外部水平极化波；
[0012]第二输入端口，用于传输垂直极化波和拦截水平极化波，以防止所述水平极化波泄露。
[0013]可选的，所述正交耦合器还包括：
[0014]设置于所述第一输入端口的第一过渡段；
[0015]设置于所述第二输入端口，用于连接所述第二输入端口与所述正交耦合器主体的第二过渡段；
[0016]以及，与所述第二过渡段相对设置的耦合脊。
[0017]可选的，所述第一过渡段为阶梯过渡段，所述第二过渡段为耦合脊过渡段，所述耦合脊为短路耦合脊。
[0018]可选的，所述正方形；
[0019]所述第一输入端口和所述第二输入端口均设置为标准矩形波导尺寸。
[0020]基于同一专利技术构思，本公开实施例还提供了一种双频双极化子阵移相模块，包括：发射馈电网络、接收馈电网络以及呈直线排布的若干如上任一所述的双频双极化天线单元；
[0021]所述接收馈电网络，包括多级逐次相连的第一E面T型功分器，所述第一E面T型功分器用于连接连接所述双频双极化天线单元和外设的测试结构；
[0022]所述发射馈电网络，包括多级逐次相连的第二E面T型功分器，所述第二E面T型功分器用于连接连接所述双频双极化天线单元和外设的所述测试结构。
[0023]可选的，所述接收馈电网络最后一级的所述第一E面T型功分器的分路端用于连接所述第二输入端口，所述接收馈电网络第一级的所述第一E面T型功分器的合路端用于将所述第二输入端口连接至所述测试结构；
[0024]所述发射馈电网络最后一级的所述第二E面T型功分器的分路端用于连接所述第一输入端口，所述发射馈电网络第一级的所述第二E面T型功分器的合路端用于将所述第一输入端口连接至所述测试结构。
[0025]可选的，所述接收馈电网络第一级的所述第一E面T型功分器的合路端设置为接收馈电端口，通过所述接收馈电端口与所述测试结构相连；
[0026]所述发射馈电网络最后一级的所述第二E面T型功分器的合路端设置为发射馈电端口，通过所述发射馈电端口与所述测试结构相连。
[0027]可选的，所述所述接收馈电网络最后一级的所述第一E面T型功分器与前一级的所述第一E面T型功分器的连接处设置为E面切角结构，所述E面切角结构用于将方位面的所述第二输入端口转到水平面。
[0028]可选的，所述接收馈电端口和所述发射馈电口均设置为标准波导口径。
[0029]基于同一专利技术构思，本公开实施例还提供了一种双频双极化相控阵天线阵列，其特征在于，包括：若干如上任一所述的双频双极化子阵移相模块；若干所述双频双极化子阵移相模块依次排布，以使全部所述双频双极化天线单元呈阵列排布。
[0030]从上面所述可以看出，本申请提供的双频双极化天线单元、子阵移相模块及相控阵天线阵列，其中，天线单元包括：辐射加载单元、喇叭天线和正交耦合器。双频双极化子阵移相模块，包括：发射馈电网络、接收馈电网络以及呈直线排布的若干双频双极化天线单元。双频双极化相控阵天线阵列，包括：若干双频双极化子阵移相模块；若干所述双频双极化相控模块依次排布，以使全部所述双频双极化天线单元呈阵列排布。辐射加载单元的四个圆形栅格结构呈田字形设置在喇叭天线的辐射端口，用以将喇叭天线口径处的球面波转为平面波，使得口径处幅相分布更均匀，以降低方向图旁瓣电平，从而进一步减小阵列栅瓣电平，提高增益；正交耦合器通过设置阶梯过渡阶梯及耦合脊用以实现水平极化波和垂直极化波的分离并降低端口互扰，提高收发端口隔离度，同时耦合脊过渡段和阶梯过渡段可以作为阻抗匹配结构，底部阻抗匹配段工作于发射频段，侧方阻抗匹配段工作于接收频段，
从而实现极化和频率的分离；进一步的，通过将喇叭天线的辐射端口设置为方形可以同时辐射两种相互正交的电磁波，实现双极化电磁波共口径辐射，从而提高辐射效率。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本申请实施例的双频双极化天线单元示意图；
[0033]图2为本申请实施例的双频双极化相控模块示意图；
[0034]图3为本申请实施例的双频双极化相控模块散射参数仿真示意图；
[0035]图4为本申请实施例的双频双极化相控阵天线阵列示意图；
[0036]图5为本申请实施例的双频双极化天线阵列示意图；
[0037]1‑
辐射加载单元、101
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圆柱形栅格、2
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喇叭天线、3
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正交耦合器、301
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第一输入端口、302
‑
第二输入端口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双频双极化天线单元，其特征在于，包括：辐射加载单元、喇叭天线和正交耦合器；所述喇叭天线，包括喇叭状的天线主体；所述天线主体包括馈电端口和辐射端口；辐射加载单元，包括四个圆柱形栅格，所述四个圆柱形栅格呈田字型分布设置于所述辐射端口；所述正交耦合器，包括：输出端口，电连接于所述馈电端口，用于将信号传递至所述喇叭天线；第一输入端口与所述输端口相对设置，用于传输水平极化波；第二输入端口，用于传输垂直极化波和拦截水平极化波，防止所述水平极化波泄露。2.根据权利要求1所述的双频双极化天线单元，其特征在于，所述正交耦合器还包括：设置于所述第一输入端口的第一过渡段；设置于所述第二输入端口，用于连接所述第二输入端口与所述正交耦合器主体的第二过渡段；以及，与所述第二过渡段相对设置的耦合脊。3.根据权利要求2所述的双频双极化天线单元，其特征在于，所述第一过渡段为阶梯过渡段，所述第二过渡段为耦合脊过渡段，所述耦合脊为短路耦合脊。4.根据权利要求2所述的双频双极化天线单元，其特征在于，所述输出端设置为正方形；所述第一输入端口和所述第二输入端口均设置为标准矩形波导尺寸。5.一种双频双极化子阵移相模块，包括：发射馈电网络、接收馈电网络以及呈直线排布的若干如权利要求1
‑
4任一所述的双频双极化天线单元；所述接收馈电网络，包括多级逐次相连的第一E面T型功分器，所述第一E面T型功分器用于连接所述双频双极化天线单元和外设的测试结构；所述发射馈电网络，包括多级逐次相连的第二E面T型功分器，所述第二E面T型功分器用于连...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀萍，张洁，齐紫航，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：