【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁辐射，更具体地，涉及双频段宽带双圆极化的天线结构单元及其阵列。
技术介绍
1、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，随着卫星通信的发展，卫星通信地面终端对于小型化的要求越来越高，由于卫星通信上下行频率一般不同，因此需要构建覆盖两个不同频段的微带天线阵列。传统的相控阵天线阵列设计中，发射和接收阵面常常是分开的，这也导致了系统结构的复杂性和成本的增加；而共口径相控阵天线阵列通过在同一天线结构中集成多个频段的天线，实现了在不同频段上的高效传输和接收，从而简化了系统结构，减少了天线数量和占用空间，还能够提高系统的稳定性和性能。
2、其中，相较于线极化天线，圆极化天线因其具有良好的抗多径效应及抗雨雾等天气因素干扰的能力而受到广泛应用，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°。虽然还存在一类基于波导结构的圆极化天线，这类结构的天线在虽然损耗较低，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在高频段难以加工的问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种双频段宽带双圆极化的天线结构单元及其阵列。
2、本专利技术的一个目的在于提供一种双频段宽带双圆极化的天线结构单元，所述天线结构单元由上至下依次包括第一频段辐射单元、
3、所述第一频段辐射单元至少包括由上至下设置的第一金属贴片、第一介质层、第二金属贴片、第二介质层及馈线结构；所述第二频段辐射单元包括第三金属贴片及第四介质层，且所述第三金属贴片与所述金属地板间通过第三介质层连接；
4、所述第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片、第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层及金属地板的中心对齐设置；
5、在所述第一频段辐射单元中，所述馈线结构包括两根正交连接的馈线，形成一个连接点及两个分立的馈电点，所述连接点设置于所述金属地板的中心，所述连接点处设置有贯穿所述第三介质层、第三金属贴片及第四介质层的垂直联通孔，所述垂直联通孔为金属化过孔；所述馈电点与所述第二金属贴片间设置有连通的第一金属化过孔，从而实现圆极化；
6、在所述第二频段辐射单元中，设置有若干个连接所述金属地板并贯穿所述第三金属贴片、第三介质层及第四介质层的馈电探针，采用直连馈电形式产生圆极化；
7、所述第一频段辐射单元及所述第二频段辐射单元间形成的圆极化旋向相反。
8、在本技术方案中，提供了一种多层的天线结构单元，此结构单元由上至下包括了第一频段辐射单元、金属地板及第二频段辐射单元，具体地，该结构单元设计为叠层结构，从上到下依次为粘接设置的第一金属贴片、第一介质层、第二金属贴片、第二介质层、馈线结构、金属地板、第三介质层、第三金属贴片及第四介质层，以及实现电气连接的金属柱。通过使得第一频段辐射单元至少包括层叠设置的第一金属贴片及第二金属贴片，它们与金属地板以一定的间距组成了覆盖第一频段的天线结构单元，其中，第二金属贴片为下层辐射贴片用于辐射不同极化的电磁波，第一金属贴片为上层辐射贴片，用于形成高次模，与下层辐射贴片形成双谐振，通过叠层设置的多个金属贴片拓展了天线阻抗带宽。同时，通过正交连接的馈线结构，形成了一个连接点及两个分立的馈电点，连接点设置于金属地板的中心，并在连接点处设置有贯穿第三介质层、第三金属贴片及第四介质层的金属化的垂直联通孔，从而形成天线结构单元的唯一端口；馈电点与第二金属贴片间设置有连通的第一金属化过孔，使得第一频段辐射单元形成单端口两点式馈电形式，在两个馈电点处产生90度相位差，从而实现了右旋圆极化，同时还拓展了天线带宽，提高端口处的极化隔离度。而在第二频段辐射单元中，通过第三金属贴片与金属地板以一定的间距组成了覆盖第一频段的天线结构单元，由于层叠结构的设置，第一金属贴片及第二金属贴片也作为第三金属贴片的上层辐射贴片而形成了多次谐振，从而拓展了天线阻抗带宽，提升天线增益。同时，通过在第二频段辐射单元中，设置有若干个贯穿所述金属地板、第三金属贴片及第三介质层的馈电探针，从而通过直连馈电的形式实现了左旋圆极化。第一频段辐射单元及第二频段辐射单元间所构建的圆极化旋向相反，即在同一天线结构单元中，通过合理组合多层金属贴片及加载两种不同的馈电模式，在同一天线结构单元中实现了覆盖双频段、双圆极化特性的功能，不仅简化了系统结构，提高了天线结构单元的集合度，拓宽了天线结构的使用性能，还通过更新双频段天线结构的馈电模式组合提高了端口处的极化隔离度，提高了系统的稳定性和性能。
9、在天线阵列的使用中，通过天线结构单元间组合排列作用以使得其作用频段覆盖天线工作所需的工作频段，故在天线结构单元中，需要调节金属贴片的形状、尺寸等以更好地覆盖所需工作频段，同时，还可通过在天线结构单元中增加寄生金属缝隙、金属柱等以拓展天线工作带宽。
10、进一步地，为了使得天线结构单元间便于组合形成天线阵列，设置令所所述第一介质层、第二介质层、第三介质层及第四介质层在水平方向上的平面图形尺寸对应且各边对齐；且所述第二介质层、第三介质层及第四介质层上还包括贯穿三层介质设置的若干个第二金属化过孔；所述第二金属化过孔沿所述第二介质层、第三介质层及第四介质层的边缘设置并在水平方向上形成一个闭合图案，且所述闭合图案与所述第二介质层、第三介质层及第四介质层在水平方向上的平面图案相比至少去除了一个图形切角。进一步地，所述第一金属贴片、第二金属贴片、第三金属贴片及所述金属地板在水平方向上的平面图案与其相邻的介质层的边缘之间均存在间隙；在多个天线结构单元组合形成天线阵列的工作过程中，通过控制相邻天线结构单元中金属贴片的大小及水平间距可以控制天线阵列的作用频率，从而更好地覆盖所需的工作频段。优选地，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层及第四介质层在水平方向上的平面图案为矩形，所述闭合图案为四角处均去除了相同图形切角的矩形对称图案。
11、优选地，在本技术方案中，为使得第一频段辐射单元覆盖ka频段，在所述第一频段辐射单元中，所述第一金属贴片、第二金属贴片及金属地板均采用圆形贴片；且所述第一金属贴片及所述第二金属贴片在水平方向上的平面图案的尺寸小于所述金属地板。优选地，所述矩形对称图案所去除的图形切角为四分之一圆形，且所述四分之一圆形的半径不小于所述第一金属贴片及所述第二金属贴片的半径。进一步优选地，在本技术方案中，为使得第二频段辐射单元覆盖k频段，在第二频段辐射单元中，使得所述第三金属贴片为对角切除一对三角形的矩形贴片。
12、进一步，为了拓宽第一频段辐射单元的天线工作带宽，令所述第二金属贴片中心开设圆形的第一开孔形成寄生金属缝隙，进而可以通过控制第一开孔的尺寸以控制带宽；进一步地，控制第一开孔与第一金属化过孔的尺寸，可在带宽范围内调节天线驻波。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.双频段宽带双圆极化的天线结构单元，其特征在于，所述天线结构单元由上至下依次包括第一频段辐射单元、金属地板及第二频段辐射单元；
2.根据权利要求1所述的天线结构单元，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层及第四介质层在水平方向上的平面图形尺寸对应且各边对齐；
3.根据权利要求2所述的天线结构单元，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层及第四介质层在水平方向上的平面图案为矩形，所述闭合图案为四角处均去除了相同图形切角的矩形对称图案。
4.根据权利要求3所述的天线结构单元，其特征在于，在所述第一频段辐射单元中，所述第一金属贴片、第二金属贴片及金属地板均采用圆形贴片；且所述第一金属贴片及所述第二金属贴片在水平方向上的平面图案的尺寸小于所述金属地板；
5.根据权利要求1-4任一项所述的天线结构单元，其特征在于，所述第二金属贴片中心开设有圆形的第一开孔。
6.根据权利要求1-4任一项所述的天线结构单元，其特征在于，所述第三金属贴片为对角切除一对三角形的矩形贴片。
7.根据权利要求6所述的天线结
8.根据权利要求7所述的天线结构单元，其特征在于，所述馈电探针至少为两个，所述第一馈电探针为设置于所述第三金属贴片中心，并与所述馈线结构的连接点相连接的所述垂直联通孔，所述第二馈电探针设置于所述第三金属化过孔所形成的圆环外围。
9.根据权利要求8所述的天线结构单元，其特征在于，所述第四介质层上贯穿设置有若干个第四金属化过孔，所述第四金属化过孔连接所述第三金属贴片，并围绕所述第一馈电探针环形设置。
10.双频段宽带双圆极化的天线阵列，包括发射单元及接收单元，还加载有若干个阵列设置的天线模组，其特征在于，所述天线模组至少包括四个同向设置的、根据权利要求2-9任一项所述天线结构单元及一个中心单元；
11.根据权利要求10所述的天线阵列，其特征在于，在所述天线结构单元中，在所述天线模组中，相邻设置的两个天线结构单元共边设置，相邻设置的两个天线结构单元在共边处共用一组第二金属化过孔。
12.根据权利要求10所述的天线阵列，其特征在于，在所述天线模组中，还包括中空的支撑层，所述支撑层设置在所述第一介质层及第二介质层之间，且所述支撑层围绕所述天线模组的边缘设置；所述支撑层避让所述图形切角并向内形成凹部。
...【技术特征摘要】
1.双频段宽带双圆极化的天线结构单元，其特征在于，所述天线结构单元由上至下依次包括第一频段辐射单元、金属地板及第二频段辐射单元；
2.根据权利要求1所述的天线结构单元，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层及第四介质层在水平方向上的平面图形尺寸对应且各边对齐；
3.根据权利要求2所述的天线结构单元，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层、第三介质层及第四介质层在水平方向上的平面图案为矩形，所述闭合图案为四角处均去除了相同图形切角的矩形对称图案。
4.根据权利要求3所述的天线结构单元，其特征在于，在所述第一频段辐射单元中，所述第一金属贴片、第二金属贴片及金属地板均采用圆形贴片；且所述第一金属贴片及所述第二金属贴片在水平方向上的平面图案的尺寸小于所述金属地板；
5.根据权利要求1-4任一项所述的天线结构单元，其特征在于，所述第二金属贴片中心开设有圆形的第一开孔。
6.根据权利要求1-4任一项所述的天线结构单元，其特征在于，所述第三金属贴片为对角切除一对三角形的矩形贴片。
7.根据权利要求6所述的天线结构单元，其特征在于，所述第三金属贴片与所述金属地板间连接有若干个所述第三金属化过孔；所述第三金属化过孔与所述金属地...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹珩，邓泽阳，陈志鹏，黄兆明，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：
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