CN109546346B - 一种层叠结构的双圆极化天线单元 - Google Patents

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Abstract

一种层叠结构的双圆极化天线单元，包括：下层金属背板、带状线电桥电路板、上层金属背板、下层微带天线贴片、泡沫层和上层微带天线贴片；带状线电桥电路板位于下层金属背板和上层金属背板之间，下层微带天线贴片位于所述上层金属背板之上，泡沫层位于所述下层微带天线贴片之上，上层微带天线贴片位于泡沫层之上；下层金属背板与带状线电桥电路板之间通过第一接插件焊接，带状线电桥电路板、上层金属背板和下层微带天线贴片之间通过第二接插件焊接。通过设置上层金属背板，并通过加入介质烧结接插件的方式实现带状线电桥电路板与下层微带天线贴片之间的连接，避免了多层层压板技术的使用，成本较低，带状线电桥电路和微带天线贴片易于分离。

Description

一种层叠结构的双圆极化天线单元
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种可应用于共形相控阵的层叠结构的双圆极化天线单元。
背景技术
在现代通信中频谱资源越来越宝贵，通过双圆极化等天线体制的使用可以充分利用现有频谱资源，传输更多信息。而在这样的应用中，小型化、集成化的双圆极化天线单元就变得非常重要。
适用于共形相控阵的双圆极化天线其剖面高度非常有限，否则会与相邻阵面形成干涉。所以如何在这样的高度限制下，完成带状线电桥、双层贴片天线等设计，成为了一个巨大的挑战。带状线电桥与天线贴片的层叠设计，以及它们之间的电连接，都需要尽量占用最小的高度空间。
目前常用的层叠结构的双圆极化天线因采用多层层压板技术实现，而多层层压板工艺所产生的费用非常昂贵，且通过多层层压工艺制成的层叠双圆极化天线，使带状线电桥与天线贴片不能分离，在调试阶段，若天线贴片或带状线电桥任意一个出现问题，则要整体报废。
发明内容
本申请提供一种层叠结构的双圆极化天线单元，包括下层金属背板、带状线电桥电路板、上层金属背板、下层微带天线贴片、泡沫层和上层微带天线贴片；
所述带状线电桥电路板位于所述下层金属背板和上层金属背板之间，所述下层微带天线贴片位于所述上层金属背板之上，所述泡沫层位于所述下层微带天线贴片之上，所述上层微带天线贴片位于所述泡沫层之上；
所述下层金属背板与所述带状线电桥电路板之间通过第一接插件焊接，所述带状线电桥电路板、上层金属背板和下层微带天线贴片之间通过第二接插件焊接。
一种实施例中，所述下层金属背板按照馈电位置留有供第一接插件安装使用的孔位，并且留有圆形空腔，以容纳所述第二接插件在所述带状线电桥电路板下插的焊点。
一种实施例中，所述带状线电桥电路板包括上层介质板和下层介质板，所述上层介质板和下层介质板通过半固化片粘合连接。
一种实施例中，所述上层金属背板按照馈电位置留有供所述第二接插件安装使用的孔位，并且留有圆形空腔，以容纳第一接插件在带状线电桥电路板上插的焊点。
一种实施例中，所述下层微带天线贴片的介质板的顶面印刷有天线单元，在馈电点位置上设有通孔，供第二接插件在所述下层微带天线贴片上插焊接。
一种实施例中，所述泡沫层下表面设有凹坑，以容纳第二接插件在所述下层微带天线贴片上插的焊点。
一种实施例中，所述上层微带天线贴片的介质板的底面印刷有天线单元。
一种实施例中，所述下层金属背板、带状线电桥电路板、上层金属背板、下层微带天线贴片、泡沫层和上层微带天线贴片通过螺钉固定在一起。
依据上述实施例的双圆极化天线单元，通过在带状线电桥电路板与下层微带天线贴片之间设置上层金属背板，并通过加入介质烧结接插件的方式实现带状线电桥电路板与下层微带天线贴片之间的连接，简化了穿层电路，使得整个天线的剖面高度降低，避免了多层层压板技术的使用，加工方便、成本较低，而且带状线电桥电路和微带天线贴片易于分离，在调试阶段容易定位问题，是理想的双圆极化天线结构形式。
附图说明
图1为层叠结构的双圆极化天线单元示意图；
图2为双极化端口驻波曲线图；
图3为右旋圆极化方向图；
图4为左旋圆极化方向图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明实施例中，主要针对现有双圆极化天线往往有较高的剖面高度，如果采用微带板多层层压的技术则又面对高昂的加工成本和天线、极化器带状线板调试无法分离的问题。本发明采用带状线电桥与双层贴片天线层叠设计的方式，通过在隔离金属板中加入介质烧结接插件的方式，使得整个天线的剖面高度降低，是理想的双圆极化天线结构形式。
本例提供的层叠结构的双圆极化天线单元的结构图如图1所示，包括下层金属背板1、带状线电桥电路板2、上层金属背板3、下层微带天线贴片4、泡沫层5和上层微带天线贴片6等多层结构。其中，带状线电桥电路板2位于下层金属背板1和上层金属背板3之间，下层微带天线贴片4位于上层金属背板3之上，泡沫层5位于下层微带天线贴片4之上，上层微带天线贴片6位于泡沫层5之上。
通过上述各层之间的顺序排布，其层间的电连接方式为：下层金属背板1与带状线电桥电路板2之间通过第一接插件焊接，带状线电桥电路板2、上层金属背板3和下层微带天线贴片4之间通过第二接插件焊接。
本例通过设置上层金属背板3并通过加入烧结接插件的方式，使带状线电桥电路板2与微带天线贴片之间可以分离，便于在调试阶段定位，同时，在本例的双圆极化天线单元的制造过程中，仅带状线电桥电路板2需要双层层压技术，而双层层压技术是非常成熟的层压技术，成本低，避免了带状线电桥电路板2与下层微带天线贴片4之间的三层层压技术(三层层压技术的工艺成本非常高)，因此，本例通过巧妙地层叠设计，实现了一种低剖面的层叠双圆极化天线，在有限的高度下，实现了双层微带贴片天线、电桥以及层间电连接等诸多结构，并且具备工艺可实现性、成本低的特点。
下面具体描述各层的结构特点。
下层金属背板1按照馈电位置留有供第一接插件安装使用的孔位，并且留有圆形空腔，以容纳第二接插件在带状线电桥电路板下插的焊点，其中，第一接插件为T405-SPFZF-170MM，第二接插件为WB-531。
带状线电桥电路板2包括上层介质板和下层介质板，上层介质板和下层介质板通过半固化片粘合连接，本例的带状线电桥电路板2的总厚度约为2.2mm。
上层金属背板3按照馈电位置留有供所述第二接插件安装使用的孔位，上层金属背板3的厚度与第二接插件烧结高度相同，为2mm，并且上层金属背板3下表面留有一些圆形空腔，以容纳第一接插件在带状线电桥电路板2上插的焊点。
下层微带天线贴片4的介质板的顶面印刷有天线单元，在馈电点位置上设有通孔，供第二接插件在下层微带天线贴片4上插焊接。
泡沫层5下表面设有凹坑，以容纳第二接插件在下层微带天线贴片4上插的焊点。
上层微带天线贴片6的介质板的底面印刷有天线单元，即使天线单元反扣于介质板下方，达到保护的效果。
基于上述的各层的结构特点，本例的双圆极化天线单元的安装顺序为：首先将第二接插件放置于带状线电桥电路板2上表面的相应位置，第二接插件的下插针脚穿带状线电桥电路板2下表面进行焊接，然后将焊接后的带状线电桥电路板2放置于下层金属背板1上，第一接插件固定在下层金属背板1的相应位置，第一接插件上插穿过下层金属背板1与带状线电桥电路板2，并将第一接插件焊接在带状线电桥电路板2上表面，然后，将上层金属背板3、下层微带天线贴片4按照定位依次叠放上来，第二接插件的上插针脚穿过上层金属背板3和下层微带天线贴片4，并将第二接插件焊接在下层微带天线贴片的上表面，焊接后，再将泡沫层5和上层微带天线贴片6定位依次安装于其上，最后，将下层金属背板1、带状线电桥电路板2、上层金属背板3、下层微带天线贴片4、泡沫层5和上层微带天线贴片6通过螺钉固定在一起，从而完成了双圆极化天线单元的安装。
本例的双圆极化天线单元性能仿真图如图2-图4所示。
图2是图1实施例的实测双极化端口驻波曲线图，其中横坐标代表频率变量，单位GHz；纵坐标代表驻波VSWR幅度变量。如图1所示，本实施例叠层天线工作频带为8GHz～8.5GHz，两个极化的端口驻波VSWR在通带内小于1.3。
图3是图1实施例的右旋圆极化天线方向图，其中横坐标代表角度变量，单位度；纵坐标代表增益，单位dB。如图3所示，本实施例的右旋圆极化性能优秀，法向方向的交叉极化隔离度约为16.6dB。
图4是图1实施例的左旋圆极化天线方向图，其中横坐标代表角度变量，单位度；纵坐标代表增益，单位dB。如图4所示，本实施例的增益约为8.6dB，其左旋圆极化性能优秀，法向方向的交叉极化隔离度约为16.5dB。
因此，针对相控阵的共形需求，在天线单元的剖面高度有限的情况下，本例通过增加上层金属背板3，并通过巧妙地设计各层之间的电连接，达到避免采用多层层压技术、节省加工成本的目的，同时，在调试阶段通过消除各层之间的焊接，可以将微带天线贴片和带状线电桥电路板之间分离，实现调试阶段容易定位的目的。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种层叠结构的双圆极化天线单元，其特征在于，包括：下层金属背板、带状线电桥电路板、上层金属背板、下层微带天线贴片、泡沫层和上层微带天线贴片；
所述带状线电桥电路板位于所述下层金属背板和上层金属背板之间，所述下层微带天线贴片位于所述上层金属背板之上，所述泡沫层位于所述下层微带天线贴片之上，所述上层微带天线贴片位于所述泡沫层之上；
所述下层金属背板按照馈电位置留有供第一接插件安装使用的孔位，并且留有圆形空腔，以容纳第二接插件在所述带状线电桥电路板下插的焊点；
所述上层金属背板按照馈电位置留有供所述第二接插件安装使用的孔位，并且留有圆形空腔，以容纳第一接插件在带状线电桥电路板上插的焊点；
所述下层金属背板与所述带状线电桥电路板之间通过第一接插件焊接，所述带状线电桥电路板、上层金属背板和下层微带天线贴片之间通过第二接插件焊接。
2.如权利要求1所述的双圆极化天线单元，其特征在于，所述带状线电桥电路板包括上层介质板和下层介质板，所述上层介质板和下层介质板通过半固化片粘合连接。
3.如权利要求1所述的双圆极化天线单元，其特征在于，所述下层微带天线贴片的介质板的顶面印刷有天线单元，在馈电点位置上设有通孔，供第二接插件在所述下层微带天线贴片上插焊接。
4.如权利要求1所述的双圆极化天线单元，其特征在于，所述泡沫层下表面设有凹坑，以容纳第二接插件在所述下层微带天线贴片上插的焊点。
5.如权利要求1所述的双圆极化天线单元，其特征在于，所述上层微带天线贴片的介质板的底面印刷有天线单元。
6.如权利要求1所述的双圆极化天线单元，其特征在于，所述下层金属背板、带状线电桥电路板、上层金属背板、下层微带天线贴片、泡沫层和上层微带天线贴片通过螺钉固定在一起。
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