Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

CN118645801A - 新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列 - Google Patents

新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列 Download PDF

Info

Publication number
CN118645801A
CN118645801A CN202410799701.XA CN202410799701A CN118645801A CN 118645801 A CN118645801 A CN 118645801A CN 202410799701 A CN202410799701 A CN 202410799701A CN 118645801 A CN118645801 A CN 118645801A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric plate
phased array
antenna unit
antenna
shaped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410799701.XA
Other languages
English (en)
Inventor
朱永忠
熊豹
谢文宣
樊莹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Engineering University of Chinese Peoples Armed Police Force
Original Assignee
Engineering University of Chinese Peoples Armed Police Force
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Engineering University of Chinese Peoples Armed Police Force filed Critical Engineering University of Chinese Peoples Armed Police Force
Priority to CN202410799701.XA priority Critical patent/CN118645801A/zh
Publication of CN118645801A publication Critical patent/CN118645801A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/523—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between antennas of an array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明属于相控阵天线技术领域，公开了新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列，天线单元包括四层介质板、L‑型同轴馈电探针、缺陷地结构地板、SIW谐振腔结构，以及辐射贴片和解耦表面。本发明提供了一种Ka波段宽带宽角扫描微带相控阵天线，采用L‑型探针馈电、H形缝隙耦合馈电、多层耦合馈电等微带天线宽带技术，实现了天线单元的低剖面和宽带化设计，相对带宽达14.85%（26.18~30.34GHz），使用SIW谐振腔结构、缺陷结构地板以及解耦表面的“L形”寄生贴片结构减小了天线阵元间的互耦，使得天线具有二维宽角扫描（＞±47°）、高隔离度（＞19dB）、低剖面（2.21mm，约0.2λ0）、易加工等特性。

Description

新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列
技术领域
本发明属于相控阵天线技术领域，尤其涉及新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列。
背景技术
目前相控阵天线被广泛于航天领域的雷达和5G通信系统，且在毫米波段可实现更宽的带宽、更远的覆盖范围和更大容量。为了提高相控阵天线的扫描性能，研究者们采用了紧耦合阵列、宽波束单元等方法。在这些方法中，减小阵元间距是实现宽扫描和避免栅瓣的有效方法。然而小阵元间距条件下，隔离度不足以保证宽角扫描性能。特别地，有源S参数和辐射效率会降低，导致扫描过程中增益迅速下降。为了提高隔离度，可以通过阻断耦合路径或引入额外的路径来抵消固有的耦合路径。
需要研究和开发适用于两维相控阵的高性能天线单元，这种天线单元应具有宽频带、宽角扫描和高效率等特点，并且应具有低剖面、轻重量、易集成和加工等性能。微带天线具备低剖面、质量轻等优点，但是传统微带天线带宽窄，导致其无法应用在宽带射频系统。
相控阵技术经济高效，在毫米波频段的汽车雷达和5G无线通信等领域发挥着重要作用。该技术需要相控阵天线具备二维宽角扫描性能。
近年来，许多广角扫描毫米波相控阵天线的报道，实现广角扫描的方法主要包括方向图可重构技术、宽波束单元、主动共形技术、伪曲面共形、异构波束单元、解耦技术等。一种Ka波段大阵元间距2D扫描4×4相控阵天线，采用方向图可重构堆叠贴片天线，实现了E/H/D平面±55°的广角扫描。尽管方向图可重构技术能够实现波束的宽角扫描，但PIN二极管的使用增加了天线设计的复杂性和成本。一种适用于5G毫米波相控阵应用的宽波束磁电偶极子天线，但其4×4相控阵在频带内仅实现了±41°的波束扫描。一种能够实现最大波束扫描±68°的4×6有源共形相控阵，但其高剖面限制了其适用性。为了克服一种能够实现最大波束扫描±68°的4×6有源共形相控阵的局限性，设计了异构波束单元相控阵天线原型，实现了＞±70°的-3dB增益变化扫描范围，外形高度仅为0.17λ0。一种用于毫米波相控阵天线设计的新型去耦结构，实现了相邻单元隔离>22 dB。设计的 4 × 4 相控阵可实现 ±60° 的最大波束扫描。
分析表明，天线单元的波束宽度和天线之间的相互耦合对相控阵的扫描性能有显著影响。去耦结构非常适合一维波束扫描相控阵，但不能广泛应用于二维波束扫描相控阵。
受阵列天线解耦表面概念的启发，本文提出了一种新型的毫米波相控阵天线，该天线具有解耦表面，可实现广角扫描。该元件为同轴馈电堆叠贴片天线结构，由L形同轴探头、SIW腔、缝隙层、辐射贴片、解耦表面、缺陷接地结构（DGS）等组成。仿真结果表明，该天线元件具有宽带波束特性。对2 × 2阵列进行了仿真，结果表明，天线单元之间的隔离度为>19dB。最终的仿真是在8×8相控阵天线上进行的。仿真结果表明，在该频段内，最大可实现的E面±58°波束扫描和H面±55°波束扫描。从仿真结果的整体角度来看，所提出的天线在毫米波相控阵系统中显示出良好的应用前景。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
目前的技术无法实现相控阵天线二维波束宽角扫描；无法实现相控天线单元间的低耦合和低剖面；无法实现微带相控阵天线的宽带化。
采用方向图可重构技术实现的二维宽角扫描相控阵结构复杂成本较高，主动共形相控阵天线仅可实现一维宽角扫描且剖面较高，伪共形单元和异构波束单元也仅可实现一维宽角扫描，解耦方法可实现相控阵的宽角扫描，但目前应用在一维宽角扫描较多，应用于二维宽角扫描较少。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明将多层耦合馈电、缝隙耦合馈电、L-型探针馈电、SIW背腔等微带天线宽带技术相结合，提出了一种具备低剖面低耦合宽带宽角扫描性能的相控阵天线单元及其阵列。
一种低剖面宽带宽角扫描相控阵天线单元包括四层介质板、L-型同轴馈电探针、缺陷地结构地板、SIW谐振腔结构、辐射贴片和解耦表面；所述四层介质板由第一层介质板、第二层介质板、第三层介质板及第四层介质板混压而成；L-型同轴馈电探针穿过缺陷地结构地板探入SIW谐振腔结构内，并与第四层介质板上的L形微带馈线连接。
进一步，所述第一层介质板的上表面设有解耦表面。解耦表面由方形贴片和四个“L形”寄生贴片组成，四个“L形”寄生贴片呈口形均匀分布于介质板的四个角。
进一步，所述第二层介质板上表面中间设有辐射贴片，在辐射贴片的正下方于第二层介质板中心开有矩形通孔。
进一步，所述第三层介质板上表面设有H形缝隙层。
进一步，所述第四层介质板上表面设有L形微带馈线。
进一步，所述缺陷地结构地板由贴于第四层介质板下方的方形地板与离介质板高h5(0.2～0.4mm）的方形金属板构成。贴于介质板的方形地板要略小于方形金属板，在组成阵列时地板可形成网格状缝隙。
进一步，SIW谐振腔结构位于第三层介质板和第四层介质板，SIW谐振腔结构由第三层介质板上方的H形缝隙层、周围金属过孔及第四层介质板下方的方形地板形成。
一种低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元组成的平面阵列天线，所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元成8×8阵列排布。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，以往主要通过设计宽波束天线单元来实现相控阵天线的宽角扫描，但是随着天线单元波束宽度的增加，会带来天线增益低和波束精度低的问题，为克服带来的问题只能增加天线单元数量，但是增加天线单元数量就会导致天线体积和成本的增加。本发明以单元间的解耦为突破点，通过解耦的方法实现相控阵天线宽角扫描，在保证宽角扫描性能的同时具备高增益和高波束精度。不同于已有的解耦路径实现相控阵天线的一维宽角扫描，本发明采用解耦表面实现天线单元间的解耦，可以满足相控阵天线二维宽角扫描的要求。
本发明提供了一种Ka波段宽带宽角扫描微带相控阵天线，采用L-型探针馈电、H形缝隙耦合馈电、多层耦合馈电等微带天线宽带技术，实现了天线单元的低剖面和宽带化设计，相对带宽达14.85%（26.18~30.34GHz），使用SIW谐振腔结构、缺陷结构地板以及解耦表面的“L形”寄生贴片结构减小了天线阵元间的互耦，使得天线具有二维宽角扫描（＞±47°）、高隔离度（＞19dB）、低剖面（2.21mm，约0.2λ0）、易加工等特性。
第二，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明提出的毫米波二维宽角扫描相控阵天线设计方案，设计的相控阵天线具备低剖面、高增益、宽带、低成本等优点，可以很好地应用于星载相控阵天线系统、无人驾驶相控阵天线系统等，推动相控阵天线更好地应用于各通信领域。
第三，以往的相控阵天线设计倾向于使用大量金属化过孔来实现降低天线单元间的耦合，提出的相控阵天线单元使用了64个金属过孔来保证天线单元间的隔离度，相控阵天线单元使用了40个金属过孔来保证天线单元间的隔离度。对于毫米波相控阵天线，金属化过孔的增加，无疑会增加天线的加工难度，由较多金属化过孔组成的规模较大的阵列，其金属化过孔的数量更是多得难以想象。本发明经过反复仿真实验，配合解耦表面在保证天线隔离度的基础上，最后天线单元仅使用了12个金属化过孔。
第四，本发明的低剖面宽带宽角扫描相控阵天线单元，通过其独特的结构设计，解决了现有技术中存在的多个问题，并获得了显著的技术效果。
首先，该天线单元采用四层介质板混压而成，这种多层结构有助于实现更宽的带宽和更大的扫描角度。同时，L-型同轴馈电探针与SIW谐振腔结构的结合，不仅降低了剖面高度，还提高了馈电效率，从而优化了天线的整体性能。
其次，解耦表面的设计是该天线单元的又一创新点。通过方形贴片和四个“L形”寄生贴片的组合，有效地实现了天线单元之间的解耦，降低了相互干扰，提高了天线单元的独立性和性能稳定性。
再者，第二层介质板上的辐射贴片和矩形通孔的设计，进一步增强了天线的辐射性能。辐射贴片能够有效地将电磁能量辐射出去，而矩形通孔则有助于调整天线的阻抗匹配和辐射模式，从而实现更宽的带宽和更稳定的性能。
最后，第三层介质板上的H形缝隙层进一步提高了天线的性能。通过调整缝隙的形状和大小，可以优化天线的阻抗匹配和辐射特性，从而满足更广泛的应用需求。
本发明的低剖面宽带宽角扫描相控阵天线单元通过其多层介质板结构、L-型同轴馈电探针、解耦表面、辐射贴片、矩形通孔和H形缝隙层等创新设计，实现了低剖面、宽带宽角扫描等优良性能，解决了现有技术中的多个问题，并获得了显著的技术效果。这种天线单元在雷达、通信、导航以及电子战等系统中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列图。
图1是本发明实施例提供的天线单元的结构爆炸图；
图2是本发明实施例提供的天线单元的解耦表面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的天线单元的辐射贴片结构示意图；
图4是本发明实施例提供的天线单元的H形缝隙层结构示意图；
图5是本发明实施例提供的天线单元的微带馈线及缺陷结构地板示意图；
图6是本发明实施例提供的天线单元的S参数和增益仿真结果图；
图7是本发明实施例提供的天线单元组成的隔离度测试2×2阵列端口示意图；
图8是本发明实施例提供的隔离度测试2×2阵列端口S参数仿真结果；
图9是本发明实施例提供的天线单元组成的8×8平面阵列立体效果图；
图10是本发明实施例提供的为8×8阵列在27GHz所对应的E面与H面的扫描方向图；其中(a) E面，(b) H面。
图11是本发明实施例提供的为8×8阵列作频率在28GHz时，阵列扫描的E面和H面增益方向图；其中(a) E面，(b) H面。
图中： 1、解耦表面；2、第一层介质板；3、第二层介质板；4、第三层介质板；5、第四层介质板；6、底板；7、辐射贴片；8、H形缝隙层；9、周围金属过孔；10、L－型同轴馈电探针；11、方形地板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下是两个具体的实施例，描述如何将所述的低剖面宽带宽角扫描相控阵天线单元应用于不同场景：
实施例1：航空通信系统中的应用
1. 天线单元的集成：
在航空通信系统中，该低剖面宽带宽角扫描相控阵天线单元被集成到飞机的机身上，用于实现高效率、高质量的通信连接。
L-型同轴馈电探针的设计允许该天线单元与飞机上的通信系统高效耦合，而SIW谐振腔结构保证了天线的高带宽和低剖面特性。
2. 应用特点：
在飞行中，解耦表面设计帮助天线单元在广泛的扫描角度内保持稳定的辐射特性，适用于不同的通信环境。
天线的宽带特性使其能够支持多频段通信，增强航空通信系统的灵活性和可靠性。
实施例2：移动通信基站的应用
1. 天线单元的部署：
该天线单元被用于移动通信基站，提供宽带宽、低剖面、高性能的通信服务。
在移动基站中，该天线通过L-型同轴馈电探针与通信设备连接，SIW谐振腔和缺陷地结构地板的结合优化了天线的性能，确保了通信信号的稳定传输。
2. 应用优势：
解耦表面和辐射贴片的设计使得天线单元能够在城市环境中高效工作，即使在建筑物遮挡较多的环境中也能提供稳定的通信服务。
由于其宽带宽和低剖面特性，该天线单元适合部署在基站的不同位置，包括屋顶、墙面或者隐蔽环境，而不会影响城市景观。
这两个实施例展示了所述相控阵天线单元在航空通信和移动通信基站中的应用潜力，展现了其在不同应用场景下提升通信效率和质量的能力。
本实施例是一种5G毫米波段具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元，其技术要求为：
a) 工作频段为26.5~29.5GHz（中心频率28GHz，波长λ0为10.7mm）；
b) 扫描范围：方位和俯仰均大于±45°二维相扫；
c) 隔离度：工作频段范围内单元之间的隔离度>18dB。
根据工作频率及扫描范围要求，计算出要设计相控阵中天线单元的理想间距，即天线单元的最大外形尺寸，可参照以下公式：
;
其中：λmin为工作频带内最高工作频率对应的波长；θmax为相控阵的最大扫描角度。
按最高工作频率29.5GHz计算，则可将天线单元E面和H面的间距确定为5.2mm。从而天线单元的最大外形尺寸为5.2mm×5.2mm。
请参阅图1，为实施例提供的一种微带相控阵天线单元结构示意图，详述如下：
天线单元有四层介质板，采用L－型同轴探针馈电，另外还有缺陷地结构地板、SIW（substrate integrated waveguide, 基片集成波导）谐振腔结构，以及辐射贴片和解耦表面。第一层介质板2上方为解耦表面1；第二层介质板3上方为方形辐射贴片7，同时介质板中心开有矩形空气孔；第三层介质板4和第四层介质板5处为SIW谐振腔结构，SIW谐振腔结构由第三层介质板4上方的H形缝隙层8、周围金属过孔9及第四层介质板5下方的方形地板11形成；方形地板11下侧设为底板6；馈电探针10的微带馈线位于第四层介质板5上方，位于SIW谐振腔结构内部，微带馈线上的能量通过缝隙耦合到辐射贴片7，再由辐射贴片7耦合到解耦表面1；缺陷地结构地板包括贴于第四层介质板下方的方形地板11与离介质板高h5（0.2～0.4mm）的方形金属板，贴于介质板的方形地板要略小于方形金属板，在组成阵列时地板可形成网格状缝隙，方形金属板则是阻挡缝隙向后泄露的能量，起到抑制后瓣的作用。其中第一层介质板2和第二层介质板3使用的是FR4-expoxy（介电常数为4.4，正切角损耗为0.02），厚度分别为h1=0.8mm、h2=0.3mm；第三层介质板4和第四层介质板5使用的是ArlonAD450（介电常数为4.5，正切损耗），厚度分别为h3=0.2mm、h4=0.5mm，四层介质通过PCB混压工艺技术形成微波多层混压板。此外，所述天线单元的外形尺寸为5.2mm×5.2mm×2.21mm（x方向，y方向，z方向）。
参照图2，解耦表面1的方形贴片位于第一层介质板1上方的正中央，方形贴片的尺寸为W1×L1(1.2mm×1.2mm)。而四个“L形”寄生贴片则呈口形均匀分布于介质板的四个角，“L形”寄生贴片的宽为W2=0.4mm，贴片两边长均为L2=2.2mm，相邻贴片间距均为0.6mm(L3=W3=0.6mm)。其中“L形”寄生贴片的设计，除了可以在高频产生谐振点拓宽天线带宽外，还可以起到减小天线单元间耦合的作用，提高了天线单元间的隔离度。
参照图3，辐射贴片7位于第二层介质板3上方正中央，尺寸为W4×L4(1.5mm×1.5mm)。辐射贴片7将H形缝隙层8缝隙辐射的能量再耦合到解耦表面进行空间辐射。另外，第二层介质板3的正中央有一矩形通孔，矩形通孔尺寸为W5×L5(1.2mm×0.6mm)，调节矩形通孔的L5可以起到调节天线阻抗匹配的作用。
参照图4，H形缝隙层8位于第三层介质板4上方正中央，尺寸为W6×L6(2.2mm×2.2mm)。H形缝隙层8中间有一H形缝隙，缝隙宽度为0.1mm，横缝中间横梁缝隙长为W7=1.4mm，两侧缝隙长为L7=0.6mm，相比传统的“一”字缝隙，H形耦合缝隙具有更宽的阻抗匹配。H形缝隙层8周围开有12个金属化过孔9，过孔直径为0.28mm，过孔间隔为D=0.6mm。
参照图5，馈电探针10的微带馈线位于第四层介质板5上方，探针偏置为1mm，微带馈线宽为0.14mm，馈线第一段长为L8=1mm，第二段长为W8=0.5mm。微带馈线周围有12个金属化过孔9，过孔直径为0.28mm，过孔间隔为D=0.6mm。金属化过孔9围成的SIW谐振腔可以很好减少微带馈线能量向侧面辐射，使得大部分能量通过H形缝隙层8的缝隙耦合到辐射贴片7，提高辐射效率的同时也减小了天线单元间的耦合。贴于第四层介质板5的方形地板尺寸为W9×L9(5mm×5mm)，比其下方h5=0.4mm处的金属板(5.2mm×5.2mm)略小。
参照图6，为所述天线单元的S11曲线和不同频点的峰值增益曲线。天线单元的相对带宽为14.85%（26.18~30.34GHz，中心频率为28GHz），具备宽带特性。在频段内天线单元峰值增益变化平稳，在27~30.34GHz范围峰值增益介于5.8~6.5dB，具备高增益特性。
参照图7，为所述天线单元组成的2×2阵列的底视图。仿真2×2阵列是为了检验天线单元之间的隔离度。
参照图8，为图7所示2×2阵列的S参数仿真结果。在-10dB的S11频段内，天线单元间的隔离度均大19dB，且在中心频率28GHz隔离度均大于22dB。
参照图9，以所述天线单元为基本阵元进行组阵，得到8×8平面二维阵列。该8×8平面阵可作为大规模二维相控阵的子阵，具有可拓展性。
参照图10，工作频率在27GHz时，阵列扫描的E面和H面增益方向图，可以看出天线阵列可以从-53°扫描到53°，而且没有出现栅瓣，如图10所示，当扫描角度从0°扫描到58°时，E面的扫描下降约为3.3dB；如图10所示，当扫描角度从0°扫描到53°时候，H面的扫描下降约为3.6dB，在法向时候，阵列的增益为21.1dB。参照图11，工作频率在28GHz时，阵列扫描的E面和H面增益方向图，可以看出天线阵列可以从-55°扫描到55°，而且没有出现栅瓣，如图11所示，当扫描角度从0°扫描到55°时，E面的扫描下降约为3.8dB；如图11所示，当扫描角度从0°扫描到55°时候，H面的扫描下降约为3.7dB，在法向时候，阵列的增益为21.7dB。参照图11，工作频率在29GHz时，阵列扫描的E面和H面增益方向图，可以看出天线阵列可以从-47°扫描到47°，而且没有出现栅瓣，如图11所示，当扫描角度从0°扫描到47°时，E面的扫描下降约为3.8dB；如图11所示，当扫描角度从0°扫描到55°时候，H面的扫描下降约为3.9dB，在法向时候，阵列的增益为21.7dB。
将本发明应用实施例提供一种微带相控阵天线单元，包括四层介质板、L-型同轴馈电探针、缺陷地结构地板、SIW谐振腔结构，以及辐射贴片和解耦表面。第一层介质板上方为解耦表面；第二层介质板上方为辐射贴片，同时介质板中心开有矩形空气孔；第三层和第四层介质板处为SIW谐振腔结构，SIW谐振腔结构由第三层介质板上方的H形缝隙层、周围金属过孔及第四层介质板下方的地板形成；馈电探针的微带馈线位于第四层介质板上方，位于SIW谐振腔结构内部，微带馈线上的能量通过H形缝隙耦合到辐射贴片，再由辐射贴片耦合到解耦表面；缺陷地结构地板包括贴于第四层介质板下方的方形地板与离介质板0.2～0.4mm的方形金属板，贴于介质板的方形地板要略小于方形金属板，在组成阵列时地板可形成网格状缝隙，方形金属板则是阻挡缝隙向后泄露的能量，起到抑制后瓣的作用。
于本发明的一实施例中，所述金属过孔在所述第三介质板和第四介质板的分布位置相同，且所述金属过孔的直径为0.25～0.3mm，相邻金属过孔之间的间隔为0.5～0.7mm，金属过孔排列形状为正方形。
于本发明的一实施例中，所述解耦表面由一个方形贴片与周围的四个“L形”寄生贴片构成，方形贴片边长为1.1～1.3mm，“L形”寄生贴片宽度为0.3～0.5mm，两等边长为2～2.1mm。
于本发明的一实施例中，所述方形辐射贴片边长为1.3～1.6mm，矩形空气孔长为1.1～1.3mm，宽为0.5～0.7mm。
于本发明的一实施例中，所述H形耦合缝隙层的H形缝隙尺寸为，缝隙宽为0.08～0.12mm，中间横梁缝隙长为1.3～1.5mm，两侧缝隙长为0.5～0.7mm。
于本发明的一实施例中，所述L-型同轴馈电探针的微带馈线为“L形”，馈线长度根据天线阻抗匹配需求调整，馈线参考宽度为0.13～0.15mm。馈电同轴线的特性阻抗为50欧姆。
于本发明的一实施例中，所述第一和第二层介质板采用介电常数为4.2~4.4且正切损耗角为0.01~0.025的高频板，第三层和第四层介质板采用介电常数为4.4~4.6且正切损耗角为0.002~0.003的高频板。
本发明的另外一个目的在于提供一种微带相控阵天线阵列，阵列由上述提出的微带相控阵单元呈矩形等间距周期排列。
本发明实施例提供的新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列，属于相控阵天线技术领域，其包括了一种低剖面宽带宽角扫描相控阵天线单元，天线单元包括四层介质板、L-型同轴馈电探针、缺陷地结构地板、SIW谐振腔结构，以及辐射贴片和解耦表面。本发明提供了一种Ka波段宽带宽角扫描微带相控阵天线，采用L-型探针馈电、H形缝隙耦合馈电、多层耦合馈等微带天线宽带技术，实现了天线单元的低剖面和宽带化设计，相对带宽达14.85%（26.18~30.34GHz），使用SIW谐振腔结构、缺陷结构地板以及解耦表面的“L形”寄生贴片结构减小了天线阵元间的互耦，使得天线具有二维宽角扫描（＞±47°）、高隔离度（＞19dB）、低剖面（2.21mm，约0.2λ0）、易加工等特性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低剖面宽带宽角扫描相控阵天线单元，其特征在于，包括四层介质板、L-型同轴馈电探针、缺陷地结构地板、SIW谐振腔结构、辐射贴片和解耦表面；所述四层介质板由第一层介质板、第二层介质板、第三层介质板及第四层介质板混压而成；L-型同轴馈电探针穿过缺陷地结构地板探入SIW谐振腔结构内，并与第四层介质板上的L形微带馈线连接。
2.根据权利要求1所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元，其特征在于，所述第一层介质板的上表面设有解耦表面，解耦表面由方形贴片和四个“L形”寄生贴片组成，四个“L形”寄生贴片呈口形均匀分布于介质板的四个角。
3.根据权利要求1所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元，其特征在于，所述第二层介质板上表面中间设有辐射贴片，在辐射贴片的正下方于第二层介质板中心开有矩形通孔。
4.根据权利要求1所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元，其特征在于，所述第三层介质板上表面设有H形缝隙层。
5.根据权利要求1所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元，其特征在于，所述第四层介质板上表面设有L形微带馈线。
6.根据权利要求1所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元，其特征在于，所述缺陷地结构地板由贴于第四层介质板下方的方形地板与离介质板高0.2～0.4mm的方形金属板构成；贴于介质板的方形地板要小于方形金属板，在组成阵列时地板可形成网格状缝隙。
7.根据权利要求1所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元，其特征在于，SIW谐振腔结构位于第三层介质板和第四层介质板之间，SIW谐振腔结构由第三层介质板上方的H形缝隙层、周围金属过孔及第四层介质板下方的方形地板形成。
8.一种由权利要求1所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元组成的平面阵列天线，其特征在于，所述具有低剖面宽带宽角扫描特性的相控阵天线单元成8×8阵列排布。
CN202410799701.XA 2024-06-20 2024-06-20 新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列 Pending CN118645801A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410799701.XA CN118645801A (zh) 2024-06-20 2024-06-20 新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410799701.XA CN118645801A (zh) 2024-06-20 2024-06-20 新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118645801A true CN118645801A (zh) 2024-09-13

Family

ID=92662498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410799701.XA Pending CN118645801A (zh) 2024-06-20 2024-06-20 新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118645801A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119050634A (zh) * 2024-10-30 2024-11-29 南京荣熹通信技术有限公司 一种ka频段相控阵天线单元及天线阵列

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119050634A (zh) * 2024-10-30 2024-11-29 南京荣熹通信技术有限公司 一种ka频段相控阵天线单元及天线阵列

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111370860A (zh) 基于交指形阻性表面加载的强耦合超宽带相控阵天线
US20220407231A1 (en) Wideband electromagnetically coupled microstrip patch antenna for 60 ghz millimeter wave phased array
CN111883910B (zh) 一种双极化低剖面磁电偶极子天线及无线通信设备
CN109742538B (zh) 一种移动终端毫米波相控阵磁偶极子天线及其天线阵列
CN114069219B (zh) 微带相控阵天线单元及其阵列
CN114156627B (zh) 一种超宽带低剖面低散射曲面相控阵天线
CN112117532A (zh) 基于微带天线的紧凑型低耦合三极化回溯阵及三极化mimo天线单元
CN112670704A (zh) 一种斜45°极化辐射宽带瓦片式相控阵天线
CN115810917A (zh) 一种星载Ka波段圆极化天线单元、天线阵列及相控阵
CN114069257B (zh) 一种基于强耦合偶极子的超宽带双极化相控阵天线
CN106229649A (zh) 一种基于ltcc技术的基因组单元紧凑共形阵列天线
WO2006079994A1 (en) Radiation enhanced cavity antenna with dielectric
CN113097716A (zh) 一种采用基片集成波导技术的宽带圆极化端射天线
CN114583457A (zh) 一种基于耦合馈电的四贴片宽带微带天线单元及天线阵列
CN115732925A (zh) 一种毫米波双频分别馈电的双极化天线阵列
CN114256614A (zh) 一种应用于毫米波通信系统的超宽带平面天线阵列
CN118645801A (zh) 新型宽带高隔离度二维宽角扫描相控阵天线单元及其阵列
CN112615127A (zh) 一种高增益5g毫米波段法布里珀罗阵列天线
CN115207613B (zh) 一种宽带双极化天线单元及天线阵列
CN117060097A (zh) 一种基于反射阵和漏波天线阵的共口径天线
CN114865288B (zh) 一种基于mstl的频率扫描天线与微带传输线双工共形电路
CN116053775A (zh) 一种高增益窄波束微带阵列天线的结构与设计方法
CN112259959B (zh) 低剖面宽带宽扫相控阵天线单元
CN116505238A (zh) 一种宽频带高增益波束可扫描的毫米波介质谐振器天线
CN116093619A (zh) 毫米波圆极化紧耦合阵列天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination