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CN110112579B - 一种基于结构复用的背腔式双频共口径天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于共口径天线技术领域，具体提供一种基于结构复用的背腔式双频共口径天线，用以克服在频率比小于8的传统双频共口径天线辐射单元分离放置导致的天线口径利用效率较低、天线间隔离度不足等问题。本发明利用高频SIW圆形背腔式辐射器自身的封闭性，使得其构成低频同轴背腔式辐射器的内导体，不额外占用天线口径面积，实现了辐射单元结构的高度融合，极大提高了口径利用效率；并且，利用基片集成波导的高通特性，高、低频天线之间的隔离度得到大大提升，解决了不同频段天线间通道隔离度不足的问题。

Description

一种基于结构复用的背腔式双频共口径天线
技术领域
本发明属于共口径天线技术领域，具体为一种基于结构复用的背腔式双频共口径天线。
背景技术
工作在不同频段的天线根据其对应的应用背景，一般具有不同极化等多个功能需求，传统的共口径天线则是将这些频段你的天线放置在一个共同的口径面内从而实现满足不同应用背景。一般来说，为了不同功能且能够独立地工作，不同频段天线的多副天线分开放置，从而避免互相干扰，但却增加了口径占用面积，并且受到阵列布局的限制，天线间的干扰也无法很好抑制。
基于上述背景，传统的共口径天线采用的多采用交错的方式进行双频共口径分离布局。例如，文献“Z.Sun,S.S.Zhong,L.B.Kong,C.Gao,W.Wang and M.P.Jin,《Dual-b anddual-polarized microstrip array with fractional frequency ration》，ElectronicsLett.,vol.48,no.12,pp.674-676,Jun.2012”中，S和X波段的天下形式分别为微带贴片和缝隙，天线辐射单元依次交错排布、分离放置，天线口径占用面积较大；两个频率天线之间没有采用特殊技术处理，使得天线间的互相干扰仅靠空间距离抑制，导致天线间隔离度较低。
又如，文献“C.X.Mao,S.Gao and T.Rommel,《Low-profile aperture-shared X/Ka-ban d dual-polarized antenna for DBF-SAR applications》，InternationalWorkshop on Antenna Te chnology(iWAT),Mar.2017”中，X和Ka波段天线分别采用单极子和微带贴片形式，天线辐射单元仍然交错排布、分离放置，天线口径占用面积较大；不同频率天线之间仍没有对提升隔离度进行特殊处理。
再如，文献“G.Amendola,E.Arnieri,L.Boccia and V.Ziegler,《Annular ringslot ra diating element for integrated millimeter wave arrays》,EuropeanConference on Antenna an d Propagation(EUCAP),page.3082-3085,Mar.2012”中，K和Ka频段天线均采用了环形缝隙天线形式，两个天线单元嵌套在一起放置，但与本专利所述天线辐射结构并不相同。
由此可以发现，当天线频率比小于8时，现有的传统共口径天线将不同频率天线的辐射单元交错排布的方案导致天线单元分离放置、天下口径占用面积较大，天线口径利用效率较低；并且，天线间的互耦影响较为明显，不同频段天线间的隔离度较低。
发明内容
本发明的目的是针对在频率比小于8的传统双频共口径天线辐射单元分离放置导致的天线口径利用效率较低、天线间隔离度不足等问题，提出一种基于结构复用的背腔式双频共口径天线；本发明基于结构复用的概念，实现了两个频段天线单元的融合，完成两个频段天线的设计指标要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于结构复用的背腔式双频共口径天线，包括：从下往上依次层叠的下层金属覆铜层15、介质层14及上层金属覆铜层13；其特征在于，所述上层金属覆铜层13与下层金属覆铜层15通过贯穿介质层14的金属化过孔进行连接，所述金属化过孔呈圆环状排布；所述下层金属覆铜层15、介质层14、上层金属覆铜层13及位于内圆的金属化通孔17共同构成SI W圆形背腔式缝隙天线1；所述下层金属覆铜层15、介质层14、上层金属覆铜层13、位于内圆的金属化通孔17及位于外圆的金属化通孔16共同构成同轴背腔式缝隙天线2；所述SI W圆形背腔式缝隙天线1与同轴背腔式缝隙天线2的辐射缝隙分别开设于上层金属覆铜层13上。
进一步的，所述SIW圆形背腔式缝隙天线与同轴背腔式缝隙天线的工作频率比值为：
Figure BDA0002055259260000021
其中，f1为SIW圆形背腔式缝隙天线的工作频率，f2为同轴背腔式缝隙天线的工作频率，R1为外圆的半径，R2为内圆的半径，r≤8。
需要说明的是，基于上述天线，对应的馈电结构形式多样，可以对高、低频天线均采用同轴馈电，可以采用同轴和基片集成波导(SIW)开缝耦合馈电组合形式，也可以均采用SI W开缝耦合馈电组合形式。
本发明的工作原理在于：利用高频SIW圆形背腔式辐射器自身的封闭性，使得其构成低频同轴背腔式辐射器的内导体，不额外占用天线口径面积，实现了辐射单元结构的高度融合，极大提高了口径利用效率；并且，利用基片集成波导的高通特性，高、低频天线之间的隔离度得到大大提升，解决了不同频段天线间通道隔离度不足的问题。
综上，本发明的有益效果为：
1.本发明基于结构复用的概念，使得高频SIW圆形背腔式辐射器又构成低频同轴背腔式辐射器的内导体，没有增加额外的天线口径占用面积，天线口径利用效率提高；
2.本发明的馈电结构形式多样，可以在同轴馈电和SIW波导开缝耦合馈电中进行组合；
3.本发明中利用基片集成波导的高通特性，使得两个频段天线在高口径利用效率下保持了良好的隔离度。
附图说明
图1是本发明基于结构复用的双频共口径阵列天线整体结构示意图。
图2是本发明基于结构复用的双频共口径阵列天线单元结构示意图。
图3是本发明基于结构复用的双频共口径阵列天线侧面剖视图。
图4是本发明基于结构复用的阵列规模为4×4的双频共口径天线整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
本实施例提供一种基于结构复用的背腔式双频共口径阵列天线，其2×2的辐射结构如图1所示，其中，每个天线单元包括：SIW背腔式辐射缝隙天线1和同轴背腔式辐射缝隙天线2；本实施例中天线的工作频率比值小于8，高、低频天线利用结构上的特殊性进行融合，没有增加额外的口径面积，且实现了高口径利用效率下的高隔离度。
本实施例中，天线单元结构如图2所示，包括：从下往上依次层叠的下层金属覆铜层15、介质层14及上层金属覆铜层13；所述上层金属覆铜层13与下层金属覆铜层15通过贯穿介质层14的金属化过孔进行连接；所述金属化过孔呈圆环状排布，包括位于内圆的金属化通孔17和位于外圆的金属化通孔16，其中，金属化通孔17具有封闭性；
所述下层金属覆铜层15、介质层14、上层金属覆铜层13及位于内圆的金属化通孔17共同构成SIW圆形背腔式缝隙天线1，所述SIW圆形背腔式缝隙天线采用两个长度为3/8～5/8自由空间波长的正交矩形辐射缝隙11、12实现能量到自由空间的辐射，正交矩形辐射缝隙11、12开设于上层金属覆铜层13上、且位于内圆中；
所述下层金属覆铜层15、介质层14、上层金属覆铜层13、位于内圆的金属化通孔17及位于外圆的金属化通孔16共同构成同轴背腔式缝隙天线2；所述同轴背腔式缝隙天线采用两个长度为3/8～5/8自由空间波长的正交矩形辐射缝隙21、22实现能量到自由空间的辐射，正交矩形辐射缝隙21、22开设于上层金属覆铜层13上、且位于外圆与内圆之间。
基于上述天线辐射结构，对应的馈电结构形式多样，可以对高低频天线均采用同轴馈电，可以采用同轴和SIW波导开缝耦合馈电组合形式，也可以均采用SIW波导开缝耦合馈电组合形式。
进一步地，基于该结构的天线阵列可以拓展为4×4、8×8甚至更大规模，以获取更高的增益等其他需求，
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种基于结构复用的背腔式双频共口径天线，包括：从下往上依次层叠的下层金属覆铜层(15)、介质层(14)及上层金属覆铜层(13)；其特征在于，所述上层金属覆铜层(13)与下层金属覆铜层(15)通过贯穿介质层(14)的金属化过孔进行连接，所述金属化过孔呈圆环状排布；所述下层金属覆铜层(15)、介质层(14)、上层金属覆铜层(13)及位于内圆的金属化通孔(17)共同构成SIW圆形背腔式缝隙天线(1)；所述下层金属覆铜层(15)、介质层(14)、上层金属覆铜层(13)、位于内圆的金属化通孔(17)及位于外圆的金属化通孔(16)共同构成同轴背腔式缝隙天线(2)；所述SIW圆形背腔式缝隙天线(1)与同轴背腔式缝隙天线(2)的辐射缝隙分别开设于上层金属覆铜层(13)上，所述SIW圆形背腔式缝隙天线的辐射缝隙位于内圆中，所述同轴背腔式缝隙天线的辐射缝隙位于外圆与内圆之间。
2.按权利要求1所述基于结构复用的背腔式双频共口径天线，其特征在于，所述SIW圆形背腔式缝隙天线与同轴背腔式缝隙天线的工作频率比值为：
Figure FDA0002764334090000011
其中，f1为SIW圆形背腔式缝隙天线的工作频率，f2为同轴背腔式缝隙天线的工作频率，R1为外圆的半径，R2为内圆的半径，r≤8。
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