【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线，尤其涉及面向低轨卫星通信的ka波段相控阵封装天线。
技术介绍
1、相控阵天线是现代通信技术中的关键组件，在卫星通信、雷达探测、军事通信领域具有广阔的应用前景。相控阵天线通过对每个阵列单元的相位和振幅进行独立调制，可以实现对收发波束指向的控制。这种技术在不移动天线的情况下，可以快速、灵活地改变波束的方向和形状，以适应多种场景、多领域应用。然而，传统相控阵天线在波束扫描范围、极化功能多样性、圆极化轴比性能等方面都存在明显的缺点，限制了相控阵天线在某些场景中的推广和应用。
2、随着现代信息社会的飞速发展，人们对信息的需求量日益增大，这种需求不仅体现在数量上，更体现在质量、时效性等方面。然而，传统的微波频段很难达到现代通信系统的数据传输的性能要求。ka波段由于具有较宽的频带和较高的性能，是现代通信系统的关键组成部分和未来发展的重要方向。在卫星通信方面，ka波段支持高速数据传输和大容量通信，从而为大数据传输和多场景应用提供高效、可靠的通信服务，例如高清视频传输、虚拟现实、物联网等需求。
3、高度集成化的ka波段相控阵封装天线是实现全域通信覆盖的最佳候选技术之一，它通过将天线单元与射频芯片封装在一起，实现收发系统的集成，满足现代通信系统对小型化、轻量化、高精度和高效率的要求，以应对复杂电磁环境和未来通信需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于如何设计一种工作带宽宽、辐射性能优异、极化功能丰富的天线。
2、本专利技术是通过
3、本专利技术基于双馈l型探针馈电技术和背腔技术，设计的天线单元具有水平极化、垂直极化、左旋圆极化、右旋圆极化四种极化工作状态，对天线单元采用顺序旋转几何相位预置策略，实现了左/右圆极化相位进行差别化动态控制，从而有效抑制阵列主波束方向上的交叉极化，提升圆极化性能和展宽轴比带宽，通过在馈电金属化过孔的周围加载内层金属屏蔽腔来抑制表面波的传播，从而提高两个馈电端口之间的隔离度，减少两个馈电端口间的耦合，通过在天线单元的边界处加载外层金属屏蔽腔，能够减小天线单元之间的耦合，提高天线辐射特性。
4、优选的，所述天线单元顺序旋转0°、90°、180°、270°组成2×2顺序旋转子阵列。
5、优选的，两个馈电端口包括第一馈电端口和第二馈电端口，馈电金属化过孔包括第一馈电金属化过孔和第二馈电金属化过孔，l形馈电探针包括第一馈电探针和第二馈电探针，第一馈电端口通过第一馈电金属化过孔连接到第一馈电探针的一端，第二馈电端口通过第二馈电金属化过孔连接到第二馈电探针的一端，第一馈电探针的另一端、第二馈电探针的另一端分别连接到驱动贴片。
6、优选的，配置第一馈电端口为激励状态，第二馈电端口为不激励状态，能量由第一馈电金属化过孔传输到第一馈电探针，对驱动贴片产生水平方向上的激励，产生水平极化；配置第一馈电端口为不激励状态，第二馈电端口为激励状态，能量由第二馈电金属化过孔传输到第二馈电探针，对驱动贴片产生垂直方向上的激励，产生垂直极化；同时配置第一馈电端口和第二馈电端口为激励状态，能量同时由第一馈电金属化过孔传输到第一馈电探针，由第二馈电金属化过孔传输到第二馈电探针，同时对驱动贴片产生水平和垂直方向上的激励，产生左旋圆极化和右旋圆极化。
7、优选的，在水平极化、垂直极化、左旋圆极化、右旋圆极化中每个极化状态下，分别保持每个馈电端口的激励振幅不变，通过改变初始相位来对不同方向的波前进行调控，实现二维动态波束扫描。
8、优选的，二维动态波束扫描角度范围为±50°。
9、优选的，所述金属化盲孔贯穿下介质基板且位于上层金属接地层与下层金属接地层之间。
10、优选的，所述驱动贴片呈方形，驱动贴片的每个边分别有缝隙，第一馈电探针、第二馈电探针分别位于缝隙中。
11、优选的，所述寄生贴片均呈方形且位于驱动贴片的正上方，寄生贴片的每个边分别有缝隙。
12、优选的，所述天线还包括射频芯片，两个所述天线单元为一组连接到射频芯片。
13、本专利技术提供的优点在于：
14、(1)本专利技术基于双馈l型探针馈电技术和背腔技术，设计的天线单元具有水平极化、垂直极化、左旋圆极化、右旋圆极化四种极化工作状态，对天线单元采用顺序旋转几何相位预置策略，实现了左/右圆极化相位进行差别化动态控制，从而有效抑制阵列主波束方向上的交叉极化，提升圆极化性能和展宽轴比带宽，采用两个端口馈电，相控阵在波束扫描性能上更具优势。通过在馈电金属化过孔的周围加载内层金属屏蔽腔来抑制表面波的传播，从而提高两个馈电端口之间的隔离度，减少两个馈电端口间耦合，通过在天线单元的边界处加载外层金属屏蔽腔，能够减小天线单元之间的耦合，提高天线辐射特性。
15、(2)本专利技术相控阵封装天线中每个馈电端口可以独立调控天线单元的振幅和相位，通过同时配置每个天线单元中的两个馈电端口具有差异化的振幅和初始相位，可以实现水平极化、垂直极化、左旋圆极化、右旋圆极化四个极化工作状态的快速、灵活切换。
16、(3)本专利技术在每个极化状态下，分别保持每个馈电端口的激励振幅不变，通过对每个天线单元的相位进行独立控制，以补偿不同波前所需要的相位，波束可以在二维区域内进行±50度的大角度动态扫描功能，丰富了通信系统的多场景应用。
17、(4)本专利技术的天线与射频芯片集成，能够实现通信前端系统的小型化、轻量化，提高通信系统的稳定性、可靠性。
18、(5)本专利技术的天线体积紧凑、结构简单、加工成本低、工作带宽较宽、极化性能优异、极化功能丰富、操纵便捷、集成化程度高，有望在新一代卫星通信系统中发挥重要作用。
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1.面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述天线包括N个2×2顺序旋转子阵列(1)，每个2×2顺序旋转子阵列(1)包括4个天线单元(2)，每个天线单元(2)包括寄生贴片(3)、驱动贴片(4)、上层金属接地层(5)、下层金属接地层(6)、介质基板(13)，介质基板(13)包括层叠排布的上介质基板和下介质基板，上层金属接地层(5)位于下介质基板的上表面，下层金属接地层(6)位于下介质基板的下表面，驱动贴片(4)位于下介质基板的下表面，寄生贴片(3)位于下介质基板的上表面，下层金属接地层(6)的下表面有两个馈电端口，每个馈电端口分别通过馈电金属化过孔连接到L形馈电探针对驱动贴片(4)产生水平或/和垂直方向上的激励，围绕馈电金属化过孔阵列排布的金属化盲孔形成内层金属屏蔽腔(12)，沿下介质基板的边界阵列排布的金属化盲孔形成外层金属屏蔽腔(11)。
2.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述天线单元(2)顺序旋转0°、90°、180°、270°组成2×2顺序旋转子阵列(1)。
3.根据权利要求1所
4.根据权利要求3所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：配置第一馈电端口(14)为激励状态，第二馈电端口(15)为不激励状态，能量由第一馈电金属化过孔(7)传输到第一馈电探针(9)，对驱动贴片(4)产生水平方向上的激励，产生水平极化；配置第一馈电端口(14)为不激励状态，第二馈电端口(15)为激励状态，能量由第二馈电金属化过孔(8)传输到第二馈电探针(10)，对驱动贴片(4)产生垂直方向上的激励，产生垂直极化；同时配置第一馈电端口(14)和第二馈电端口(15)为激励状态，能量同时由第一馈电金属化过孔(7)传输到第一馈电探针(9)，由第二馈电金属化过孔(8)传输到第二馈电探针(10)，同时对驱动贴片(4)产生水平和垂直方向上的激励，产生左旋圆极化和右旋圆极化。
5.根据权利要求4所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：在水平极化、垂直极化、左旋圆极化、右旋圆极化中每个极化状态下，分别保持每个馈电端口的激励振幅不变，通过改变初始相位来对不同方向的波前进行调控，实现二维动态波束扫描。
6.根据权利要求5所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：二维动态波束扫描角度范围为±50°。
7.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述金属化盲孔贯穿下介质基板且位于上层金属接地层(5)与下层金属接地层(6)之间。
8.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述驱动贴片(4)呈方形，驱动贴片(4)的每个边分别有缝隙，第一馈电探针(9)、第二馈电探针(10)分别位于缝隙中。
9.根据权利要求7所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述寄生贴片(3)均呈方形且位于驱动贴片(4)的正上方，寄生贴片(3)的每个边分别有缝隙。
10.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的Ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述天线还包括射频芯片，两个所述天线单元(2)为一组连接到射频芯片。
...【技术特征摘要】
1.面向低轨卫星通信的ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述天线包括n个2×2顺序旋转子阵列(1)，每个2×2顺序旋转子阵列(1)包括4个天线单元(2)，每个天线单元(2)包括寄生贴片(3)、驱动贴片(4)、上层金属接地层(5)、下层金属接地层(6)、介质基板(13)，介质基板(13)包括层叠排布的上介质基板和下介质基板，上层金属接地层(5)位于下介质基板的上表面，下层金属接地层(6)位于下介质基板的下表面，驱动贴片(4)位于下介质基板的下表面，寄生贴片(3)位于下介质基板的上表面，下层金属接地层(6)的下表面有两个馈电端口，每个馈电端口分别通过馈电金属化过孔连接到l形馈电探针对驱动贴片(4)产生水平或/和垂直方向上的激励，围绕馈电金属化过孔阵列排布的金属化盲孔形成内层金属屏蔽腔(12)，沿下介质基板的边界阵列排布的金属化盲孔形成外层金属屏蔽腔(11)。
2.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：所述天线单元(2)顺序旋转0°、90°、180°、270°组成2×2顺序旋转子阵列(1)。
3.根据权利要求1所述的面向低轨卫星通信的ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：两个馈电端口包括第一馈电端口(14)和第二馈电端口(15)，馈电金属化过孔包括第一馈电金属化过孔(7)和第二馈电金属化过孔(8)，l形馈电探针包括第一馈电探针(9)和第二馈电探针(10)，第一馈电端口(14)通过第一馈电金属化过孔(7)连接到第一馈电探针(9)的一端，第二馈电端口(15)通过第二馈电金属化过孔(8)连接到第二馈电探针(10)的一端，第一馈电探针(9)的另一端、第二馈电探针(10)的另一端分别连接到驱动贴片(4)。
4.根据权利要求3所述的面向低轨卫星通信的ka波段高集成相控阵封装天线，其特征在于：配置第一馈电端口(14)为激励状态，第二馈电端口(15)为不激励状态，能量由第一馈电...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊，邓庆勇，季文涛，黄星，薛亮亮，
申请(专利权)人：合肥若森智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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