CN115986401B - 一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，由若干个低频天线单元及高频天线单元交叉排布组成；低频天线单元包括相连接的低频接收天线及滤波部件；低频接收天线为微带天线，至少包括辐射体和馈电体，辐射体的外轮廓形状为锯齿状。本发明同时采用多种去耦合的方式：采用自带滤波特性的低频天线单元，通过级联滤波部件，在不增加天线高度/厚度的情况下，提高了异频隔离度；通过改变低频接收天线的辐射体的外轮廓形状为锯齿状，进一步提高低频接收天线的高频隔离度；通过设于高频发射天线***的带耦合片隔离墙，提高高频发射天线的低频隔离度。本发明有效解决共口面天线中高低频天线单元之间隔离度差产生的相互干扰的问题。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信天线领域，更具体地，涉及一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线。
背景技术
相控阵天线指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线，控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。一般而言，相控阵天线由多个天线单元均匀顺序排列形成天线阵列。在相控阵天线中，接收天线阵如与发射天线阵分布在同一物理口面内，称为共口面天线阵，是为了减小无线设备的尺寸和重量而提出的一种天线阵。在共口面天线阵中，接收天线阵和发射天线阵之间的距离只有分口面天线阵的几十分之一甚至是几百分之一，为了减少收发天线之间的相互干扰问题，各个***之间的隔离度需提高。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，用于解决现有的共口面天线阵中各***之间的隔离度不高，导致收发天线之间相互干扰的问题。
本发明采用的技术方案包括：
本发明提供一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，由若干个低频天线单元及高频天线单元交叉排布组成；所述低频天线单元包括相连接的一个低频接收天线及一个滤波部件；所述低频接收天线为微带天线，至少包括辐射体和馈电体，所述辐射体的外轮廓形状为锯齿状。
本发明提供的相控阵天线为共口面天线阵，高频天线单元和低频天线单元通过交叉排布的方式设于同一物理面上，为了提高高低频天线单元之间的隔离度，低频天线单元自身包括有相连接的低频接收天线和滤波部件，即该低频天线单元自带滤波特性。通过级联滤波部件，在不增加天线高度/厚度的情况下，提高了异频隔离度。其次，低频接收天线为微带天线，为双层微带结构，包括辐射体和馈电体，其中辐射体的外轮廓形状为锯齿状，该外轮廓形状的辐射体有利于提高低频接收天线的高频隔离度，解决了共口面相控阵天线中高低频天线单元之间距离近导致隔离度差、相互干扰的问题。
进一步，所述高频天线单元包括一个高频发射天线及一个带耦合片隔离墙；所述高频天线单元与低频天线单元之间通过带耦合片隔离墙隔离。
高频天线单元包括高频发射天线以及带耦合片隔离墙，用于提高高频发射天线的低频隔离度，减少高低频天线单元之间相互干扰的可能性。
进一步，在所述高频天线单元中，所述带耦合片隔离墙包围所述高频发射天线。
高频发射天线设于带耦合片隔离墙内，被带耦合片隔离墙包围，有利于进一步提高高频发射天线与低频天线单元之间的隔离度。
进一步，所述滤波部件设于所述低频接收天线与高频天线单元之间的间隔空隙、所述低频接收天线的下方，或所述低频接收天线的背面。
低频天线单元的滤波部件设于相控阵天线的空隙处，如高低频收发天线之间的间隙、低频接收天线的下方或低频接收天线的天线板背面，在位置上不对高低频收发天线造成影响。
进一步，所述滤波部件为1/4波长开路枝节的带阻滤波器。
进一步，在所述低频接收单元中，所述带阻滤波器通过一个过渡结构与所述低频接收天线连接，所述过渡结构用于使所述带阻滤波器的带状线转化为微带线。
低频接收天线为微带天线，与带阻滤波器之间的连接通过能够将带状线转化为微带线的过渡结构实现。
进一步，所述低频天线单元沿垂直和水平方向排布，所述高频天线单元沿±45°方向排布。
在共口面相控阵天线中，低频天线单元沿垂直和水平方向排布，高频天线单元沿±45°方向排布，实现高低频天线单元的交叉排布，并使共口面相控阵天线的天线单元位置排布更加紧凑合理。
进一步，所述低频天线单元之间相隔0.4～0.6个波长，所述高频天线单元之间相隔0.4～0.6个波长。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，为共口面天线阵，高频天线单元和低频天线单元通过交叉排布的方式设于同一物理面上，为了提高高低频收发天线单元之间的隔离度，本发明同时采用多种去耦合的方式：首先，低频天线单元通过与低频接收天线连接的滤波部件使单元自带滤波特性，通过级联滤波部件，在不增加天线高度/厚度的情况下，提高了异频隔离度。其次，通过改变其辐射体的外轮廓形状为锯齿状，进一步提高低频接收天线的高频隔离度。针对高频天线单元，通过设于高频发射天线***的带耦合片隔离墙，提高高频发射天线的低频隔离度。在本发明中，通过巧妙的形状设计以及增设滤波部件和隔离墙，有效解决共口面相控阵天线中高低频天线单元之间距离近导致隔离度差、相互干扰的问题。
附图说明
图1为本发明实施例1中共口面天线阵的整体组成示意图。
图2为本发明实施例1中低频天线单元100与高频天线单元200的排布示意图。
图3为本发明实施例1中低频天线单元100与高频天线单元200的具体结构示意图。
图4为本发明实施例1中低频接收天线110是否与滤波部件120连接的天线隔离度曲线对比示意图。
图5为本发明实施例1中辐射体111的外轮廓形状为锯齿状的结构示意图。
图6为本发明实施例1中辐射体111的外轮廓形状是否为锯齿状的天线隔离度曲线对比示意图。
图7为本发明实施例1中辐射体111的外轮廓形状是否为锯齿状且高频天线单元200是否增设带耦合片隔离墙220的天线隔离度曲线对比示意图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
本实施例提供一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，主要应用于低轨太空卫星通信***及卫星地球地面站接收通信***。本实施例所提供的双频相控阵天线为共口面天线阵，即高频天线与低频天线分布在同一物理口面内。由于在共口面天线阵中，高低频天线之间的间距较小，因此两种天线之间需要提高隔离度，以保证两者之间不会出现相互干扰的问题。
如图1所示，本实施例提供的双频相控阵天线由若干个低频天线单元100和若干个高频天线单元200组成，在共口面天线中，低频天线单元100与高频天线单元200交叉排布，位置紧凑且间距较小。低频天线单元100中包括有低频接收天线110，高频天线单元200中包括有高频发射天线210。
在具体的实施方式中，结合图1、2所示，低频天线单元100沿垂直和水平方向排布，高频天线单元200沿±45°方向排布，从而形成一种紧凑且合理的纵横交错的排布方式。
相邻的两个低频天线单元100之间的间距为第一间距，第一间距的取值范围为20mm～50mm，低频天线单元100之间相隔0.4～0.6个波长，根据实际情况中的其他因素会对相隔的波长进行微调，调整范围在0.4～0.6之间，低频天线单元100之间相隔0.5个波长为最理想值。
由于发射天线200沿±45°方向排布，基于勾股定理可知相邻的两个高频天线单元200之间的间距为第一间距的倍，高频天线单元200之间相隔0.4～0.6个波长，根据实际情况中的其他因素会对相隔的波长进行微调，调整范围在0.4～0.6之间，高频天线单元200之间相隔0.5个波长为最理想值。
如图3所示，低频天线单元100具体包括低频接收天线110以及与其相连接的滤波部件120，滤波部件120使整体的低频天线单元100自带滤波特性，提高了低频接收天线110与高频发射天线210之间的隔离度。
在具体的实施方式中，滤波部件120为1/4波长开路枝节的带阻滤波器。该滤波部件120可设于低频接收天线110与高频发射天线210之间的间隔空隙、低频接收天线110的下方，或低频接收天线110的背面，在不增加低频天线单元100的高度/厚度的情况下使其自带滤波特征，提高其异频隔离度。在具体的实施方式中，在设计低频天线单元100以及高频天线200的旋转的过程中，应首要考虑各个滤波部件120之间应尽量不发生重叠的问题。
如图4所示为低频天线单元100的低频接收天线110是否与滤波部件120相连接的两种情况下的天线隔离曲线图。从图4中明显可看出，低频天线单元100增设滤波部件120与低频接收天线110连接时，共口面天线的隔离度有明显改善。
具体地，如图3所示，低频接收天线110为微带天线，为双层微带结构，边长尺寸范围在10mm～20mm。其中，双层微带结构包括顶层的微带贴片辐射体111，以及下层的馈电体112。在具体的实施方式中，下层的馈电体112为耦合式滤波圆极化馈电体，以形成圆极化天线。在共口面天线中，低频接收天线110与高频发射天线210分别实现左旋圆极化和右旋圆极化，低频接收天线110可以为左旋圆极化天线或右旋圆极化天线，高频发射天线210可以为右旋圆极化天线或左旋圆极化天线。在本实施例中，低频接收天线110为右旋圆极化天线，高频发射天线210为左旋圆极化天线，低频接收天线110的工作频段为3～5GHz，高频发射天线210的工作频段为6～8GHz。
如图3所示，顶层的微带贴片辐射体111的外轮廓形状呈锯齿状，该锯齿状由大小且间距均匀的若干个锯齿组成。如图5所示为适用于本实施例的共口面天线的另外两种辐射体，其外轮廓形状呈均匀的锯齿状。通过将辐射体111的外轮廓形状设计为锯齿状，有利于提高低频接收天线110的高频隔离度。
如图6所示为两种情况下低频天线单元100和高频天线单元200之间的隔离度曲线，在没有改变辐射体111的外轮廓形状之前，低频天线单元100和高频天线单元200的耦合最低频点位于m2点，在改变了低频天线单元100的辐射体111外轮廓形状为锯齿状后，低频天线单元100和高频天线单元200的整个耦合曲线向低频平移，从而实现了调节天线间特定频段内耦合度的功能，起到了提高高频隔离的作用。
如图3所示，低频接收天线110通过馈电体112与滤波部件120实现连接，具体地，在低频天线单元100中还包括一过渡结构130，该过渡结构130用于使滤波部件120的带状线结构转化为馈电体112中的微带线结构，从而使低频接收天线110与滤波部件120实现连接。
如图3所示，高频天线单元200包括高频发射天线210和带耦合片隔离墙220。
高频发射天线210为微带天线，为双层微带结构，边长尺寸范围在6mm～15mm。其中，双层微带结构包括顶层的微带贴片辐射体211，以及下层的馈电体212。在具体的实施方式中，下层的馈电体212为耦合式滤波圆极化馈电体，以形成圆极化天线。在共口面天线中，低频接收天线110与高频发射天线210分别实现左旋圆极化和右旋圆极化，低频接收天线110可以为左旋圆极化天线或右旋圆极化天线，高频发射天线210可以为右旋圆极化天线或左旋圆极化天线。
带耦合片隔离墙220用于隔离高频发射天线210与低频接收天线110，提高高频发射天线210的低频隔离度。在优选的实施方式中，为了保证高频发射天线210与低频接收单元110之间的高隔离度，带耦合片隔离墙220将高频发射天线210包围，即高频发射天线210设于带耦合片隔离墙220内。
在具体的实施方式中，可通过控制带耦合片隔离墙220中的耦合片的大小，以及其与天线地板之间的距离来调节低频接收天线110与高频发射天线210之间的耦合程度，并提高高频发射天线210的低频隔离度。
如图6所示为是否改变辐射体111的外轮廓形状为锯齿状的两种下低频天线单元100和高频天线单元200之间的天线隔离度曲线，在没有改变辐射体111的外轮廓形状之前，低频天线单元100和高频天线单元200的耦合最低频点位于m2点，在改变了低频天线单元100的辐射体111外轮廓形状为锯齿状后，低频天线单元100和高频天线单元200的整个耦合曲线向低频平移，从而实现了调节天线间特定频段内耦合度的功能，起到了提高高频隔离的作用。
如图7所示为共口面天线是否采用呈锯齿状的辐射体111，并在高频发射天线210的***设有带耦合片隔离墙220的两种情况下的天线隔离度曲线。从图7中明显可看出，在高频发射天线210的***加设带耦合片隔离墙220以及采用呈锯齿状的辐射体111的共口面天线的隔离度有明显改善。
本实施例提供一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，为共口面天线阵，低频天线单元100和高频天线单元200通过纵横交错、交叉排布的方式设于同一物理面上，本发明同时采用多种去耦合的方式，以提高天线单元之间的隔离度：
一、在低频天线单元100中，低频接收天线110为圆极化天线，与一滤波部件120连接，使整体的低频天线单元100自带滤波特性。通过将低频接收天线110级联滤波部件的方式，从而实现不增加天线高度/厚度的情况下，提高了异频隔离度；
二、在低频接收天线110中，通过改变其辐射体111的外轮廓形状为均匀的锯齿状，进一步提高低频接收天线的高频隔离度；
三、在高频天线单元200中，高频发射天线210为圆极化天线，其被一带耦合片隔离墙220包围，通过该带耦合片隔离墙220，提高高频发射天线210的低频隔离度。
在本实施例中，在不增加共口面天线剖面高度条件下，通过巧妙地对接收天线的辐射体进行外轮廓形状的设计，以及在各个天线单元总通过增设滤波部件和隔离墙提高天线隔离度，有效解决共口面相控阵天线中高低频天线单元之间距离近导致隔离度差、相互干扰的问题，同时具有非常低剖面，且在双频带内稳定圆极化的特点。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，由若干个低频天线单元及高频天线单元交叉排布组成；
所述低频天线单元包括相连接的一个低频接收天线及一个滤波部件；
所述低频接收天线为微带天线，至少包括辐射体和馈电体，所述辐射体的外轮廓形状为锯齿状；
所述高频天线单元包括一个高频发射天线及一个带耦合片隔离墙；所述高频天线单元与低频天线单元之间通过带耦合片隔离墙隔离。
2.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，在所述高频天线单元中，所述带耦合片隔离墙包围所述高频发射天线。
3.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，所述滤波部件设于所述低频接收天线与高频天线单元之间的间隔空隙、所述低频接收天线的下方，或所述低频接收天线的背面。
4.根据权利要求3所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，所述滤波部件为1/4波长开路枝节的带阻滤波器。
5.根据权利要求4所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，在所述低频天线单元中，所述带阻滤波器通过一个过渡结构与所述低频接收天线连接，所述过渡结构用于使所述带阻滤波器的带状线转化为微带线。
6.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，所述低频天线单元沿垂直和水平方向排布。
7.根据权利要求6所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，所述低频天线单元之间相隔0.4~0.6个波长。
8.根据权利要求1所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，所述高频天线单元沿±45°方向排布。
9.根据权利要求8所述的低剖面高隔离度的接收和发射共口面双频相控阵天线，其特征在于，所述高频天线单元之间相隔0.4~0.6个波长。
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| CN115986401A (zh) | 2023-04-18 |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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