【技术实现步骤摘要】
一种滤波双极化相控阵天线单元
[0001]本专利技术涉及天线单元，尤其是涉及一种滤波双极化相控阵天线单元。
技术介绍
[0002]随着新一代无线通信技术的发展，相控阵天线凭借其灵活的波束赋形、高集成度和快速的波束捷变能力，被广泛用于雷达、卫星通信以及第五代(5G)毫米波移动通信中。一方面，随着天线阵列密度的大幅提升，随之而带来的临近耦合问题亟待解决。当两个临近频段的相控阵天线以极小的间距同时工作，其中一个相控阵天线的辐射电场必要受到另外一个相控阵天线的辐射电场的强烈影响。在传统的通信系统设计中，滤波器由于具有良好的带外抑制能力，被用来作为天线的有源链路与相控阵天线级联。然而，整个通信系统承载的尺寸和性能压力将会急剧增加。一种有效的解决方案是将滤波功能集成到相控阵天线中，以提高有源链路与相控阵天线的集成度。另一方面，在卫星通信领域，相控阵天线具有滤波特性可以帮助减少来自其他来源的带外干扰信号，如其他在轨卫星、地面发射器，甚至是大气噪声，尤其是对于近地轨道上分布密度高、占有相当大资源的Ku波段卫星。因此，在相控阵天线中引入滤波功能具有可观的应用场景和研发意义。
[0003]滤波相控阵天线通过多个滤波相控阵天线单元按照阵列分布形成。目前，在滤波天线单元的研究中，传统的滤波天线单元通常受到其庞大体积的影响，不适合被作为滤波相控阵天线单元(要求滤波相控阵天线单元间的间距小于0.5波长)。有研究人员设计通过镜像理论将滤波天线单元的尺寸在一个维度上缩小一半，以此实现了一种一维扫描的滤波相控阵天线，但此设计方案只能产生单极化...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种滤波双极化相控阵天线单元，其特征在于包括按照由上到下顺序设置的寄生贴片层、驱动贴片层和馈电层，所述的馈电层用于接入外部输入的两个信号，并先基于该两个信号分别产生等幅同相的两路信号，然后对两路信号进行滤波后得到两路滤波信号输出至所述的驱动贴片层，所述的驱动贴片层基于两组滤波信号，产生对应的水平极化方向和垂直极化方向的正交极化信号向自由空间辐射，所述的寄生贴片层用于拓展所述的滤波双极化相控阵天线单元的工作带宽，使所述的滤波双极化相控阵天线单元具有宽带宽，并改善带外抑制特性。2.根据权利要求1所述的一种滤波双极化相控阵天线单元，其特征在于所述的寄生贴片层包括第一介质基板和附着在所述的第一介质基板上表面的十字形金属贴片，所述的第一介质基板为方形板，将所述的第一介质基板的长度所在方向定义为左右方向，宽度所在方向定义为前后方向，高度所在方向定义为上下方向，所述的第一介质基板的长度等于其宽度；所述的十字形金属贴片包括第一矩形贴片、第二矩形贴片和第三矩形贴片，所述的第一矩形贴片的中心位于所述的第一介质基板的中心轴线上，所述的第一矩形贴片的前端面平行于所述的第一介质基板的前端面所在平面，所述的第二矩形贴片位于所述的第一矩形贴片的前侧，所述的第二矩形贴片的左端面到其右端面的距离等于所述的第一矩形贴片的前端面到其后端面的距离，所述的第二矩形贴片的后端面与所述的第一矩形贴片的前端面连接且呈贴合状态，所述的第三矩形贴片位于所述的第一矩形贴片的后侧，所述的第三矩形贴片与所述的第二矩形贴片相对于所述的第一矩形贴片呈前后对称，所述的第一矩形贴片、所述的第二矩形贴片和所述的第三矩形贴片均相对于所述的第一介质基板沿前后方向的对称面呈左右对称，所述的第一矩形贴片、所述的第二矩形贴片和所述的第三矩形贴片形成十字形；所述的第一矩形贴片沿左右方向的长度小于所述的第一介质基板的边长，所述的第一矩形贴片沿左右方向的长度等于所述的第二矩形贴片的前端面到所述的第三矩形贴片的后端面之间的距离。3.根据权利要求2所述的一种滤波双极化相控阵天线单元，其特征在于所述的驱动贴片层包括第二介质基板、方形驱动贴片以及方形环贴片，所述的第二介质基板位于所述的第一介质基板的下方，所述的第二介质基板为方形板，所述的第二介质基板的前端面与所述的第一介质基板的前端面上下对齐，所述的第二介质基板的后端面与所述的第一介质基板的后端面上下对齐，所述的第二介质基板的左端面与所述的第一介质基板的左端面上下对齐，所述的第二介质基板的右端面与所述的第一介质基板的右端面上下对齐，所述的方形驱动贴片以及所述的方形环贴片均附着在所述的第二介质基板的上表面，所述的方形驱动贴片的中心位于所述的第二介质基板的中心轴线上，所述的方形驱动贴片的前端面与所述的第二介质基板的前端面所在平面平行，所述的方形驱动贴片的边长小于所述的第二介质基板的边长；所述的方形环贴片环绕在所述的方形驱动贴片的周围，所述的方形环贴片的中心位于所述的第二介质基板的中心轴线上，所述的方形环贴片的外圈的前端面与所述的第二介质基板的前端面所在平面平行，所述的方形环贴片的外圈边长小于所述的第二介质基板的长度，所述的方形环贴片的内圈边长大于所述的方形驱动贴的边长，所述的方形环贴片与所述的方形驱动贴片之间形成一个方形环缝隙，将该方形环缝隙称为第一方形环缝隙；所述的方形环贴片开设有第一矩形缝隙、第二矩形缝隙、第三矩形缝隙和第四矩形缝隙，所述的第一矩形缝隙的前端面与所述的方形环贴片的外圈前端面位于同一平面，后端
面与所述的方形环贴片的内圈前端面位于同一平面，所述的第一矩形缝隙的左端面到所述的方形环贴片的外圈的左端面的距离等于其右端面到所述的方形环贴片的外圈的右端面的距离，所述的第一矩形缝隙沿左右方向的宽度为其沿前后方向长度的1/8～1/10，所述的第二矩形缝隙与所述的第一矩形缝隙相对于所述的方形环贴片沿左右方向的对称面呈前后对称，如果所述的第三矩形缝隙以所述的第二介质基板的中心轴线为轴沿顺时针方向转动90度，将会与所述的第一矩形缝隙完全重合，如果所述的第四矩形缝隙以所述的第二介质基板的中心轴线为轴沿顺时针方向转动90度，将会与所述的第二矩形缝隙完全重合，所述的第一矩形缝隙、所述的第二矩形缝隙、所述的第三矩形缝隙和所述的第四矩形缝隙将所述的方形环贴片分割成四个相同的L型金属贴片，以此来引入滤波响应下边带的零点。4.根据权利要求3所述的一种滤波双极化相控阵天线单元，其特征在于所述的馈电层包括十字形缝隙层、第一馈电层、第二馈电层、第一馈电过孔、第二馈电过孔、第一金属过孔组、第二金属过孔组、第三金属过孔组、第四金属过孔组和第五金属过孔组，所述的十字形缝隙层、所述的第一馈电层和所述的第二馈电层是自上而下层叠；所述的十字形缝隙层包括第三介质基板和附着于所述的第三介质基板上表面的第一金属层和开设在所述的第一金属层上的十字形缝隙，所述的第三介质基板位于所述的第二介质基板的下方，所述的第三介质基板为方形板，所述的第三介质基板的前端面与所述的第二介质基板的前端面上下对齐，所述的第三介质基板的后端面与所述的第二介质基板的后端面上下对齐，所述的第三介质基板的左端面与所述的第二介质基板的左端面上下对齐，所述的第三介质基板的右端面与所述的第二介质基板的右端面上下对齐；所述的第一金属层为方形，所述的第一金属层的中心位于所述的第三介质基板的中心轴线上，所述的第一金属层的前端面与所述的第三介质基板的前端面上下对齐，所述的第一金属层的后端面与所述的第三介质基板的后端面上下对齐，所述的第一金属层的左端面与所述的第三介质基板的左端面上下对齐，所述的第一金属层的右端面与所述的第三介质基板的右端面上下对齐，所述的第三介质基板的上表面在所述的十字形缝隙处暴露出来，所述的十字形缝隙包括第一矩形横缝、第二矩形横缝和第三矩形横缝，所述的第一矩形横缝的中心位于所述的第三介质基板的中心轴线上，所述的第一矩形横缝的前端面平行于所述的第一金属层的前端面，所述的第二矩形横缝位于所述的第一矩形横缝的前侧，所述的第二矩形横缝的前端面平行于所述的第一金属层的前端面且两者之间具有一段距离，所述的第二矩形横缝的后端面与所述的第一矩形横缝的前端面连接且呈贴合状态，所述的第二矩形横缝的左端面到其右端面的距离与所述的第一矩形横缝沿前后方向的宽度相等，所述的第三矩形横缝位于所述的第一矩形横缝的后侧，所述的第三矩形横缝与所述的第二矩形横缝相对于所述的第一矩形横缝呈前后对称，所述的第一矩形缝横缝、所述的第二矩形横缝和所述的第三矩形横缝均相对于所述的第一金属层沿前后方向的对称面呈左右对称，所述的第一矩形横缝、所述的第二矩形横缝和所述的第三矩形横缝形成十字形；所述的第一矩形横缝沿左右方向的长度小于所述的第一金属层的边长，所述的第一矩形横缝沿左右方向的长度等于所述的第二矩形横缝的前端面与所述的第三矩形横缝的后端面之间的距离；所述的第一馈电层包括第四介质基板和附着于所述的第四介质基板上表面的第一Y型馈线，所述的第一Y型馈线采用带状线实现，具有一个输入端和两个输出端，所述的第四介质基板位于所述的第三介质基板的下方，所述的第四介质基板为方形板，所述的第四介质
基板的前端面与所述的第三介质基板的前端面上下对齐，所述的第四介质基板的后端面与所述的第三介质基板的后端面上下对齐，所述的第四介质基板的左端面与所述的第三介质基板的左端面上下对齐，所述的第四介质基板的右端面与所述的第三介质基板的右端面上下对齐；所述的第一Y型馈线包括第一T型功分器、第一曲型馈线、第一输出馈线和第二输出馈线，所述的第一曲型馈线沿前后方向延伸，所述的第一曲型馈线的起始端位于所述的第四介质基板的左前角附近，并作为所述的第一Y型馈线的输入端，所述第一T型功分器具有一个输入端和两个输出端，所述的第一T型功分器的输入端与所述的第一曲型馈线的末端连接且呈贴合状态，所述的第一T型功分器的两个输出端与所述的第一输出馈线的一端和所述的第二输出馈线的一端一一对应连接且呈贴合状态，所述的第一输出馈线和所述的第二输出馈线分别作为所述的第一Y型馈线的两个输出端，所述的第一Y型馈线的输入端用于接入外部输入的一个信号，当信号从所述的第一Y型馈线的输入端输入时，通过所述的第一曲型馈线输入到所述的第一T型功分器中，所述的第一T型功分器将输出至其处的信号均匀分配到所述的第一输出馈线和所述的第二输出馈线，所述的第一输出馈线和所述的第二输出馈线将分配至其处的信号对应输出；所述的第一输出馈线与所述的第二输出馈线以所述的第四介质基板沿左右方向的对称面呈前后对称关系，所述的第一输出馈线包括第一矩形馈线、第一开路枝节、第二开路枝节、第三开路枝节、第四开路枝节和第一F型滤波枝节，所述的第一矩形馈线的前端面平行于所述的第四介质基板的前端面所在平面，所述的第一矩形馈线的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，所述的第一矩形馈线的左端面为所述的第一输出馈线的一端，所述的第一F型滤波枝节包括第一矩形条、第二矩形条和第三矩形条，所述的第一矩形条的前端面平行于所述的第一矩形馈线的前端面，所述的第一矩形条的长度方向沿前后方向，宽度方向沿左右方向，所述的第一矩形条的后端面与所述的第一矩形馈线的前端面连接且呈贴合状态，所述的第二矩形条的前端面与所述的第一矩形条的前端面位于同一平面，所述的第二矩形条的长度方向沿左右方向，宽度方向沿前后方向，所述的第二矩形条的左端面与所述的第一矩形条的右端面连接且呈贴和状态，所述的第三矩形条位于所述的第二矩形条的后侧以及所述的第一矩形馈线的前侧，所述的第三矩形条与所述的第二矩形条相互平行，所述的第三矩形条的左端面与所述的第一矩形条的右端面连接且呈贴合状态，所述的第二矩形条的后端面与所述的第三矩形条的前端面之间具有一段距离，所述的第三矩形条的后端面与所述的第一矩形馈线的前端面之间具有一段距离，所述的第三矩形条的右端面位于所述的第二矩形条的右端面所在平面的左侧，所述的第二矩形条的右端面位于所述的第一矩形馈线的右端面所在平面的左侧，所述的第一开路枝节为矩形金属贴片，所述的第一开路枝节的前端面平行于所述的第一矩形馈线的前端面，其长度方向沿前后方向，宽度方向沿左右方向，所述的第一开路枝节位于所述的第一矩形馈线的前侧以及所述的第一矩形条的左侧，所述的第一开路枝节的后端面与所述的第一矩形馈线的前端面连接且呈贴合状态，所述第一开路枝节的长度小于所述的第三矩形条的后端面与所述的第一矩形馈线的前端面之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙立莹，陆云龙，徐林通，尤阳，黄季甫，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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