天线单元和天线阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种天线单元和天线阵列，天线阵列包括成阵列排列的天线单元和馈电网络，所述天线单元包括第一辐射层，与第一辐射层连接的馈电层以及位于第一辐射层和馈电层之间的导电地板，所述导电地板与第一辐射层彼此相对。其中，馈电层包括馈电单元，所述馈电单元包括矩形线路以及在矩形线路各边中点处以垂直于该边的方向延伸出的第一至第四端口，从第三端口馈电时，第一端口输出的电压相位超前第二端口90

【技术实现步骤摘要】
天线单元和天线阵列


[0001]本技术涉及天线
，特别涉及一种天线单元和天线阵列。

技术介绍

[0002]从古代的烽火狼烟用于共享战争讯息，到现代“墨子号”量子通信、5G通信等，通讯与信息交流一直是人类出现和发展以来最根本和最基础的生存需求。随着19世纪以来电磁波通信技术日新月异的发展，不论是军用还是民用领域，无线电通信已经成为最重要的通信手段之一。
[0003]作为无线通信系统中的前端关键器件—天线，其作用是进行导行电磁波和空间电磁波转换，天线性能的好坏决定着通信系统的整体性能。通信系统的信息交换速率、传输距离、通信可靠性等重要指标都与天线息息相关。因此，为了适应无线通信系统的发展要求，天线的结构、形式和性能一直在发展和演进。
[0004]微带圆极化天线自20世纪70年代专利技术以来得到了蓬勃的发展，这一结构形式的天线具有质量轻，剖面低，馈电方式灵活，方便与载体共形和容易加工制造等优势。微带圆极化天线辐射和接收的电磁波电场在空间中是旋转的，所以其对天线的放置姿态要求不高，对于移动中的载体适应性更好。圆极化波遇到金属、水等障碍物会极化反转，大大降低了多径效应和雨雾干扰，同时圆极化波能够克服电离层法拉第旋转效应引起的极化畸变。由于以上优点，微带圆极化天线的应用已经覆盖了卫星通信系统，全球导航系统，导弹遥测遥控、飞机导航与测高、雷达系统，电子对抗，射频识别，移动通信基站与智能移动终端设备等领域。
[0005]随着现代无线通信技术的演进和变革，尤其是进入21世纪以来移动卫星通信与移动互联网的飞速发展，现代无线数据传输和交互的数据吞吐量在不断地增加，传输数据的波特率在不断地提高。日益增长的通信速率和质量需求，促使天线朝着宽带、双极化的方向发展。相较于传统的窄带单极化天线，双极化天线虽然一定程度上增加了天馈系统的复杂度，但其优势也十分明显，不仅减少了通信设备中天线的数量，节省了系统空间以减低成本，还避免了多副天线之间可能存在的互耦效应，从而提高系统的通信质量。
[0006]然而，现有的卫星通信圆极化天线针通常采用单元分置公用口径的方式，为实现双圆极化，要设置左旋圆极化和右旋圆极化分开的两个天线阵，即左旋圆极化和右旋圆极化拥有独立的单元与馈电网络，且左旋圆极化馈电网络和右旋圆极化馈电网络不能同层布置，这样的方案存在天线尺寸过大、口径面过大的问题，难以应用在布局紧凑且增益要求较高的场景下，同时，由于左右旋两阵列圆极化网络无法共面，需要额外增加PCB板层数来满足需求，增加了尺寸重量以及成本。

技术实现思路

[0007]鉴于上述问题，本技术的目的在于提供一种天线单元和天线阵列，实现单个天线阵面同时拥有双圆极化的两个端口，并且左旋圆极化馈电网络和右旋圆极化馈电网络
可以布置在同一层介质板上，在保证天线性能的基础上，减少了天线阵面的尺寸、重量以及成本。
[0008]根据本技术的一方面，提供一种天线单元，其特征在于，包括：第一辐射层，所述第一辐射层包括第一介质板和设置在所述第一介质板上的辐射单元；馈电层，与所述辐射单元连接，所述馈电层包括馈电单元；导电地板，位于所述第一辐射层和所述馈电层之间，并且与所述第一辐射层彼此相对；其中，所述馈电单元包括矩形线路以及在所述矩形线路各边中点处以垂直于该边的方向延伸出的第一至第四端口，所述第一至第四端口位于所述矩形线路的外侧，所述第一端口和所述第二端口为输出端口，所述第三端口和所述第四端口为输入端口；从所述第三端口馈电时，所述第一端口输出的电压相位比从所述第二端口输出的电压相位超前90
°
，从所述第四端口馈电时，所述第一端口输出的电压相位比从所述第二端口输出的电压相位滞后90
°
。
[0009]可选地，所述天线单元还包括：金属探针，所述金属探针用于连接所述馈电单元和所述辐射单元，所述金属探针的一端连接在所述馈电单元的所述输出端口，另一端与所述辐射单元连接；其中，所述导电地板包括覆铜的第三介质板，所述第三介质板包括通孔，所述通孔用于让所述金属探针通过。
[0010]可选地，所述天线单元还包括：接地柱，用于连接所述馈电单元和所述导电地板，以使得所述馈电单元接地。
[0011]可选地，所述馈电层包括第四介质板，所述馈点单元设置在所述第四介质板上，所述辐射单元在所述第四介质板上的投影至少覆盖所述第一端口和所述第二端口。
[0012]可选地，所述天线单元还包括：第二辐射层，所述第二辐射层包括第二介质板和设置在所述第二介质板上的寄生单元，所述寄生单元与所述辐射单元耦合，以产生额外的谐振点。
[0013]可选地，所述辐射单元是在所述第一介质板上刻蚀印制形成的矩形金属区域；所述寄生单元是在所述第二介质板上刻蚀印制形成的矩形金属区域；所述馈电单元在所述第四介质板上通过刻蚀印制形成。
[0014]可选地，所述寄生单元的中心在所述第一介质板上的投影，与所述辐射单元的中心相同。
[0015]根据本专利技术的另一方面，提供一种天线阵列，所述天线阵列包括如上所述的天线单元。
[0016]可选地，所述天线阵列还包括：馈电网络，所述馈电网络包括馈电单元、左旋圆极化端口、右旋圆极化端口以及连接所述馈电单元、所述左旋圆极化端口和所述右旋圆极化端口的导电路径；所述馈电单元成阵列排列，每行所述馈电单元的第三端口分别并馈连接到多个第三端口并馈点，每行所述馈电单元的第四端口分别并馈连接到多个第四端口并馈点，所述多个第三端口并馈点位于同一线段，所述线段的中点即为所述左旋圆极化端口，所述多个第四端口并馈点位于同一线段，所述线段的中点即为所述右旋圆极化端口；其中，所述并馈连接，指每行所述馈电单元的第三端口到对应的第三端口并馈点的路径长度相同。
[0017]可选地，所述馈电网络在第四介质板上通过刻蚀印制形成。
[0018]本技术实施例提供的天线单元包括辐射单元、导电地板、馈电单元、金属探针以及接地柱，实现单个天线单元同时拥有双圆极化的两个端口，从馈电单元的不同端口馈
电可以分别生成左旋圆极化波和右旋圆极化波，且使用同一个辐射单元，在保证天线单元性能的基础上，减小了天线单元的尺寸、重量以及成本。
[0019]进一步的，本技术实施例提供的天线单元还包括位于辐射单元之上的寄生单元，可以产生额外的谐振点，形成双谐振以改善频率阻抗并拓展带宽。同时增加寄生单元仅仅会使微带厚度增加到0.14个空气波长左右，不会增加天线单元的面积。
[0020]本技术提供的天线阵列包括具有多个辐射单元的第一辐射层、导电地板和馈电层，实现单个天线阵面同时拥有双圆极化的两个端口，且公用天线口径，左旋圆极化馈电网络和右旋圆极化馈电网络可以布置在同一层介质板上，在保证天线阵列性能的基础上，减小了天线阵列的尺寸、重量以及成本。
[0021]进一步的，本技术实施例提供的天线阵列还包括第二辐射层，第二辐射层包括多个与第一辐射层上的辐射单元一一对应的寄生单元，通过在辐射单元的上方增加寄生单元，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天线单元，其特征在于，包括：第一辐射层，所述第一辐射层包括第一介质板和设置在所述第一介质板上的辐射单元；馈电层，与所述辐射单元连接，所述馈电层包括馈电单元；导电地板，位于所述第一辐射层和所述馈电层之间，并且与所述第一辐射层彼此相对；其中，所述馈电单元包括矩形线路以及在所述矩形线路各边中点处以垂直于该边的方向延伸出的第一至第四端口，所述第一至第四端口位于所述矩形线路的外侧，第一端口和第二端口为输出端口，第三端口和所述第四端口为输入端口；从所述第三端口馈电时，所述第一端口输出的电压相位比从所述第二端口输出的电压相位超前90
°
，从所述第四端口馈电时，所述第一端口输出的电压相位比从所述第二端口输出的电压相位滞后90
°
。2.根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，还包括：金属探针，所述金属探针用于连接所述馈电单元和所述辐射单元，所述金属探针的一端连接在所述馈电单元的所述输出端口，另一端与所述辐射单元连接；其中，所述导电地板包括覆铜的第三介质板，所述第三介质板包括通孔，所述通孔用于让所述金属探针通过。3.根据权利要求2所述的天线单元，其特征在于，还包括：接地柱，用于连接所述馈电单元和所述导电地板，以使得所述馈电单元接地。4.根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于，所述馈电层包括第四介质板，所述馈电单元设置在所述第四介质板上，所述辐射单元在所述第四介质板上的投影至少覆盖所述第一端口和所述第二端口。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，袁艳武，
申请(专利权)人：西安光启尖端装备技术有限公司，
类型：新型
国别省市：