一种宽带广角扫描的双圆极化天线阵列制造技术

本发明专利技术提供一种宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，由收发芯片、宽带馈电网络和若干个天线单元组成；每个天线单元包括两个正交放置的子天线单元；在每个天线单元中，其中一个子天线单元与宽带馈电网络的一个输出端口连接，另一个子天线单元与宽带馈电网络的另一个输出端口连接；子天线单元至少包括左右对称的天线辐射臂，以及宽角度匹配层；宽角度匹配层用于使子天线单元实现大角度扫描。天线单元中采用两个正交放置的子天线单元的方式，避免天线扫描时出现相位中心不一致引起的轴化恶化现象。子天线单元上设有宽角度匹配层，通过重新匹配天线大角度扫描时的阻抗，从而有效降低输入阻抗，使天线的辐射电磁波产生折射效应，扩大天线的扫描角度。大天线的扫描角度。大天线的扫描角度。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带广角扫描的双圆极化天线阵列


[0001]本专利技术涉及微波天线领域，更具体地，涉及一种宽带广角扫描的双圆极化天线阵列。

技术介绍

[0002]天线作为接收和发送无线电波的基本装置，是无线通信系统必不可少的组成部分，其中圆极化天线通常应用于车载通信系统、机载以及卫星通信中。相对于线极化天线，圆极化天线具有良好的抗多径效应及抗雨雾等天气因素的干扰能力，且由于圆极化天线电磁波电场的特性，对收发天线位置不敏感，使得天线的安装和应用更加便捷，更适用于移动通信场景。
[0003]常见的圆极化阵列天线形式通常基于微带线结构实现，其结构简单、易于加工、剖面较低，然而这种结构的天线阻抗带宽较窄，通常只有5％
‑
10％，且轴比带宽会更窄，通常只有3％
‑
7％，扫描角度较小，通常只有30
°
。另外一种则是基于波导结构的圆极化天线，这类结构的天线虽然损耗较低，但也存在工作带宽较窄、结构复杂、重量较大，且在尺寸缩放后存在高频段难以加工的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，用于解决现有技术中天线阻抗带宽较窄、扫描角度小的问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，由收发芯片、宽带馈电网络和若干个天线单元组成；收发芯片用于与宽带馈电网络之间传输信号；宽带馈电网络用于与天线单元之间传输信号；每个天线单元包括两个正交放置的子天线单元，两个子天线单元的相位中心重合；在每个天线单元中，其中一个子天线单元与宽带馈电网络的一个输出端口连接，另一个子天线单元与宽带馈电网络的另一个输出端口连接；子天线单元至少包括左右对称的天线辐射臂，以及宽角度匹配层；宽角度匹配层用于使子天线单元实现大角度扫描。
[0007]本专利技术提供的宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，天线单元中采用两个正交放置的子天线单元的方式，避免天线扫描时出现相位中心不一致引起的轴化恶化现象。其次，子天线单元上设有宽角度匹配层，通过重新匹配天线大角度扫描时的阻抗，从而有效降低输入阻抗，使天线的辐射电磁波产生折射效应，扩大天线的扫描角度，则本专利技术提供的圆极化天线阵列能够实现超过较大程度的阻抗带宽和轴比带宽，且离轴扫描角度能够拓展到较大角度的范围，在大角度范围内均能保持良好的电性能，覆盖更宽的频段。
[0008]进一步，宽角度匹配层位于天线辐射臂的上方，由左右对称的若干个圆形导电贴片以及若干个方形导电贴片组成。
[0009]宽角度匹配层具体由对称的圆形导电贴片和方形导电贴片组成，使宽角度匹配层
等效于一定介电常数的介质基板，其作用包括可以在天线离轴扫描时产生折射，从而使天线辐射至更大角度，其次用于降低天线阵列的输入阻抗。
[0010]进一步，子天线单元还包括与天线辐射臂连接的宽带巴伦；宽带巴伦包括用于接地的左右对称的导电贴片，以及用于匹配多节阻抗的微带线。
[0011]宽带巴伦用于将输入阻抗进行转化，更容易与天线进行匹配，将子天线单元壁上的不平衡电流转化为平衡电流，避免了在离轴扫描时不平衡电流引起的共模谐振所导致的有源驻波、方向图性能恶化，保持天线在全方位角的轴比性能。
[0012]进一步，宽带巴伦的微带线由两节的阻抗变换传输线和开路传输线组成。
[0013]在宽带巴伦中，通过两节阻抗变换传输线与开路传输线的互相作用，能将天线输入阻抗转化为更容易进行匹配的阻抗。
[0014]进一步，宽带馈电网络包括顺序连接的第一金属地、第一介质基板、第二介质基板和第二金属地；第一介质基板上印刷有上层传输线；第二介质基板上印刷有下层传输线；上层传输线和下层传输线均包括一个电流输入端口和一个电流输出端口；两个电流输出端口分别输出等幅且具有90
°
相位差的信号，分别与每个天线单元的一个子天线单元连接。
[0015]在宽带馈电网络中，利用上下层传输线的耦合走线形式，可以有效降低馈电网络的插入损耗，拓展馈电网络的带宽，且馈电网络的电流输出端口分别输出等幅且有90
°
相位差的信号，分别馈入天线单元中的两个正交的子天线单元，从而实现辐射左/右旋圆极化波。
[0016]进一步，上层传输线由至少六节耦合线组成，印刷于第一介质基板的底层；下层传输线由至少六节耦合线组成，印刷于第二介质基板的顶层。
[0017]进一步，在每个天线单元中，其中一个子天线单元的中心以上部分设有镂空，另一个子天线单元的中心一下部分设有镂空，两个子天线单元通过镂空实现十字对插，从而实现正交放置。
[0018]两个子天线单元之间通过相同的镂空设计，可实现十字对插，并保证子天线单元之间的相位中心重合，在天线扫描时相位中心保持一致，避免引起轴化恶化现象。
[0019]进一步，每个天线单元的四周设有隔离墙。隔离墙有利于抑制天线单元之间的互相耦合。
[0020]进一步，收发芯片与宽带馈电网络印刷于不同层的电路板；宽带馈电网络的电流输出端口通过SMP
‑
K接头与子天线单元连接。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]本专利技术提供的宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，采用了宽带馈电网络+宽带巴伦+正交十字交叉天线的结构。在天线单元中采用两个十字对插的子天线单元的方式，以使两个子天线单元的相位中心重合。子天线单元上设有宽角度匹配层，用于匹配天线大角度扫描时的阻抗，并扩大天线的扫描角度。在子天线单元上设有的宽带巴伦能够将不平衡电流进行转化，避免在天线辐射臂上产生共模谐振。最后，本专利技术提供的宽带馈电网络利用上下层传输线耦合的走线形式，有效降低馈电网络的插入损耗并起到了拓展带宽的作用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1中收发芯片100、宽带馈电网络200、天线单元300的连接示意
图。
[0024]图2为本专利技术实施例1中天线单元300的整体结构示意图。
[0025]图3为本专利技术实施例1中其中一个子天线单元的结构示意图。
[0026]图4为本专利技术实施例1中另一个子天线单元的结构示意图。
[0027]图5为本专利技术实施例1中两个子天线单元正交放置后的俯视结构示意图。
[0028]图6为本专利技术实施例1中子天线单元的PCB结构示意图。
[0029]图7为本专利技术实施例1中宽带馈电网络200的剖视示意图。
[0030]图8为本专利技术实施例1中宽带馈电网络200的结构示意图。
[0031]图9为本专利技术实施例1中宽带馈电网络200的仿真S参数。
[0032]图10为本专利技术实施例1中宽带馈电网络200两输出端的相位差。
[0033]图11为本专利技术实施例1中天线单元300在周期边界下法向辐射时的有源驻波。
[0034]图12为本专利技术实施例1中天线单元300在周期边界下离轴51...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，由收发芯片、宽带馈电网络和若干个天线单元组成；收发芯片用于与宽带馈电网络之间传输信号；宽带馈电网络用于与天线单元之间传输信号；其特征在于，每个天线单元包括两个正交放置的子天线单元，两个子天线单元的相位中心重合；在每个天线单元中，其中一个子天线单元与宽带馈电网络的一个输出端口连接，另一个子天线单元与宽带馈电网络的另一个输出端口连接；子天线单元至少包括左右对称的天线辐射臂，以及宽角度匹配层；宽角度匹配层用于使子天线单元实现大角度扫描。2.根据权利要求1所述的宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，其特征在于，宽角度匹配层位于天线辐射臂的上方，由左右对称的若干个圆形导电贴片以及若干个方形导电贴片组成。3.根据权利要求1所述的宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，其特征在于，子天线单元还包括与天线辐射臂连接的宽带巴伦；宽带巴伦包括用于接地的左右对称的导电贴片，以及用于匹配多节阻抗的微带线。4.根据权利要求3所述的宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，其特征在于，宽带巴伦的微带线由两节的阻抗变换传输线和开路传输线组成。5.根据权利要求1所述的宽带广角扫描的双圆极化天线阵列，其特征在于，宽带馈电网络包括顺序连接的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博琛，黄兆明，汤彬涛，贾鹏程，孔翔鸣，
申请(专利权)人：广州程星通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：