一种基于结构复用的圆波导双频共口径天线

摘要

本发明属于共口径天线的技术领域，提供一种基于结构复用的圆波导双频共口径天线，用以克服传统双频共口径天线阵的口径利用率较低、频率比多为偶数比以及天线隔离度较低的问题。本发明利用圆柱波导的金属封闭结构，采用四个圆形波导天线以及他们之间的辅助金属化通孔共同构成背腔天线的边壁，再于背腔中心处开辐射缝隙形成背腔式缝隙天线；并且，通过调整圆形波导之间的距离能够进行频率比为非偶数比的天线设计；本发明结构复用下的天线布局没有产生额外的口径面积，天线口径利用率得到提高；并且，利用圆形波导的高通特性，且本身为非开放式辐射结构，使得高低频天线之间的隔离度能够得到提升。

权利要求

1.一种基于结构复用的圆波导双频共口径天线，包括：从下往上依次层叠的下金属覆铜层(24)、介质层(23)及上金属覆铜层(22)；所述介质层(23)呈方形，所述介质层(23)中开设有四个相同尺寸的圆形槽、且分别位于介质层的四角，所述圆形槽贯穿上金属覆铜层(22)、介质层(23)和下金属覆铜层(24)，每个圆形槽的内壁进行金属化形成圆形波导天线(1)；相邻的两个所述圆形波导天线之间还分别设置有一个辅助金属化通孔，所述辅助金属化通孔(31、32、33、34)贯穿所述下金属覆铜层(24)、介质层(23)及上金属覆铜层(22)；所述上金属覆铜层的中心开设有辐射缝隙(21)，以四个圆形波导天线与四个辅助金属化通孔为边壁，下金属覆铜层(24)、介质层(23)、上金属覆铜层(22)与辐射缝隙(21)共同构成背腔式缝隙天线(2)。

2.按权利要求1所述基于结构复用的圆波导双频共口径天线，其特征在于，所述辐射缝隙的长度为3/8～5/8工作波长。

说明书

一种基于结构复用的圆波导双频共口径天线

技术领域

[0001] 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圆波导双频共口径天线。

背景技术

[0002] 传统共口径天线可以将多个频段、多个极化以及多个功能的多副天线放置在同一个辐射口面内，从而极大提高系统的口径利用率。但随着由于毫米波频段在新一代无线技术中成为主要使用频段，多个高频段天线也面临共口径集成需求，并且随着频率的上升和频比范围的扩大，现有共口径方式难以实现频比为非偶数的天线排布，传统的布局方式导致口径利用率较低，性能上也难以满足较高通道隔离度的需要。

[0003] 基于上述背景，传统的毫米波共口径天线采用的多采用交错排布方式进行双频共口径布局。例如，文献“G.M Gao,Y.M.Zhang,A.Li,J.M.Zhao and H.Cheng,《Shared-Aperture Ku/Ka Bands Microstrip Array Feeds for Parabolic Cylindrical Reflector》，International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology(ICMMT),pp.1028-1030,May.2010”中，Ka和Ku频段分别采用矩形微带贴片天线和十字微带贴片天线的形式，将不同频率的辐射单元交错放置，该布局方式的天线频率比为2，天线口径占用面积较大，并且贴片的开放式辐射结构导致两个频率天线间的通道隔离度较低。

[0004] 又如，文献“L.Yi,H.Yan,M.Y.Dai,H.Wang and H.Yang《, Design of A Ka/Ku Dual-Band Dual-Polarized Array》，Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation(APCAP),pp.369-371Jul.2014”中，Ku和Ka波段天线交叉介质谐振器天线和矩形微带贴片天线形式，同样将两个频率的天线单元交错放置，该布局方式的天线频率比仍为2，天线口径占用面积较大。此外，虽然该天线设计中采用了戒指谐振器天线，但其仍为开放式辐射结构，天线间隔离度仍然无法提高。

[0005] 可以发现，现有毫米波天线共口径天线的布局方式多为交错布局，频率比多为偶数比，其天线口径占用面积较大，天线口径利用率较低，开放式辐射结构导致不同频段天线间的隔离度不够，无法满足技术需求。

发明内容

[0006] 本发明的目的是针对频率比为非偶数比难以用传统共口径布局，且传统布局方式导致的天线口径利用率较低、天线间隔离度不足的问题，提出一种基于结构复用的圆波导双频共口径天线；本发明基于结构复用的概念，完成两个频段天线的设计要求。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0008] 一种基于结构复用的圆波导双频共口径天线，包括：从下往上依次层叠的下金属覆铜层24、介质层23及上金属覆铜层22；所述介质层23上开设有四个相同尺寸的圆形槽、且分别位于介质层的四角，所述圆形槽贯穿上金属覆铜层22、介质层23和下金属覆铜层24，每个圆形槽的内壁进行金属化形成圆形波导天线，即天线辐射结构1；所述圆形波导天线两两之间还分别设置有一个辅助金属化通孔，所述辅助金属化通孔31、32、33、34贯穿所述下金属覆铜层24、介质层23及上金属覆铜层22；所述上金属覆铜层的中心开设有辐射缝隙21，以四个圆形波导天线与四个辅助金属化通孔为边壁，下金属覆铜层24、介质层23、上金属覆铜层22与辐射缝隙21共同构成背腔式缝隙天线2。

[0009] 进一步的，所述辐射缝隙的长度为3/8～5/8工作波长。

[0010] 本发明的工作原理在于：利用圆形波导的封闭结构，使得工作在给定频段下四个圆形波导天线以及他们之间的辅助金属化通孔共同构成另一个频段背腔天线的边壁，再在背腔中心处开辐射缝隙形成背腔式缝隙天线，即四个圆形波导天线和四个辅助结构共同构成一个背腔式缝隙天线；并且，通过调整圆形波导之间的距离能够进行频率比为非偶数比的天线设计，结构复用下的天线布局没有产生额外的口径面积，天线口径利用率得到提高；最后，利用圆形波导的高通特性，且本身为非开放式辐射结构，使得高低频天线之间的隔离度能够得到提升。

[0011] 综上，本发明的有益效果为：

[0012] 1.本发明基于结构复用的概念，使得圆形波导天线和辅助金属化结构又可构成背腔式缝隙天线的边壁结构，天线频率比可设置为非偶数比，天线口径没有额外增加，天线口径利用率提高；

[0013] 2.本发明的馈电结构分离，且馈电形式多样，可满足不同场合需求；

[0014] 3.本发明中利用圆形波导的高通特性和非开放式辐射结构，使得天线间的隔离度得到更大提升。

附图说明

[0015] 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。

[0016] 图2是本发明基于结构复用的双频共口径阵列天线辐射器复用示意图。

[0017] 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。

[0018] 图4是本发明基于结构复用的阵列规模为3×3的双频共口径天线整体结构示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

[0020] 本实施例提供一种基于结构复用的圆波导双频共口径阵列天线，其2×2的阵列如图1所示，其中，包括天线单元包括：4个圆形波导天线1、4个辅助结构即1个背腔式缝隙天线；本实施例中天线的工作频率比值可为偶数比或非偶数比，圆形波导天线与背腔式缝隙天线利用结构上的特殊性进行融合，没有额外增加天线口径面积，且圆形波导的高通特性和其非开放式辐射结构提高了两个频率天线间的隔离度。

[0021] 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金属覆铜层24、介质层23及上金属覆铜层22；所述介质层23中开设有四个相同尺寸的圆形槽、且分别位于介质层的四角，所述圆形槽贯穿上金属覆铜层22、介质层23和下金属覆铜层24，每个圆形槽的内壁进行金属化形成圆形波导天线1；所述圆形波导天线两两之间还分别设置有一个辅助金属化通孔3，所述辅助金属化通孔31、32、33、34贯穿所述下金属覆铜层24、介质层23及上金属覆铜层22；所述上金属覆铜层的中心开设有辐射缝隙21，以四个圆形波导天线与四个辅助金属化通孔为边壁，下金属覆铜层24、介质层23、上金属覆铜层22与辐射缝隙21共同构成背腔式缝隙天线2；所述辐射缝隙的长度为3/8～5/8工作波长；所述圆形槽的深度等于下金属覆铜层24、介质层23与上金属覆铜层22的总厚度；

[0022] 基于上述天线辐射结构，其对应的馈电结构形式多样，可以对圆形波导天线采用同轴馈电或者基片集成波导(SIW)开缝耦合馈电；同理，对背腔式缝隙天线也可采用同轴馈电和SIW开缝耦合馈电，或者是采用微带线背向耦合缝隙馈电。

[0023] 本实施例中，根据所需的工作频段，波导天线内部可以选择是否填充带有一定介电常数的介质，该复用结构下的两个辐射天线的频率比可以选择偶数比或者为非偶数比。

[0024] 进一步地，该结构可根据所设计的频率比要求，可以适当增加圆形波导天线的个数或间距，且辅助结构中的金属化过孔的数量也可以根据实际需要进行增减，背腔式缝隙天线的也可以根据需要增至双缝或多缝；此外，天线阵列可以拓展为2×2、3×3、4×4甚至更大规模，以获取更高的增益等其他需求；如图4所述为3×3的双频共口径天线。

[0025] 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。