[发明专利]一种宽频多层平板双极化天线阵

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其涉及到一种宽频多层平板双极化天线阵。

背景技术

现有的天线阵多数带宽较窄，当要求天线工作在多个频段时，需要多个天线实现，占用空间大。现有的部分宽带天线阵，其剖面较高，难以实现平面化；当需要双极化性能时，往往需要在空间上设置多组相互垂直的单元来实现，增大了天线的体积。

发明内容

本发明的目的在于克服现有天线阵列带宽较窄、剖面高，难以实现平面化和双极化的问题，提供一种宽频多层平板双极化天线阵，以减小占用空间，用单一天线实现宽频覆盖，降低天线剖面，同时可实现双极化性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种宽频多层平板双极化天线阵，其特征在于，包括以n×m阵列形式排布的水平辐射单元、m×n阵列形式排布的垂直辐射单元、若干平衡馈电结构、上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板、馈电装置，其中，n、m为整数。

所述上层介质材料板、中层介质材料板、下层介质材料板、金属底板按照从上到下的顺序设置。

水平辐射单元阵列、垂直辐射单元阵列分别设置于中层介质材料板的上、下表面，所述水平辐射单元、垂直辐射单元的结构相同，包含两个对称的子单元，所述子单元呈五级渐变结构，从一端到另一端分别为第一结构、第二结构、第三结构、第四结构、第五结构，其中第一结构、第二结构、第四结构、第五结构呈矩形，第三结构呈梯形，且第一结构宽度<第二结构宽度=第三结构的短边长<第三结构的长边长<第四结构宽度<第五结构宽度。

每两个相对的子单元对应设置平衡馈电结构，所述平衡馈电结构包含四个金属柱，四个金属柱两两对称位于辐射单元的两侧，每个子单元的第三结构和第四结构之间设置有一个金属柱，第一结构处设置有一个金属柱，所述金属柱一端连接子单元，另一端连接到金属底板上。

与第一结构连接的金属柱通过金属底板区域连接到馈电装置，其余金属柱通过金属底板区域接地。

进一步的，所述水平辐射单元、垂直辐射单元的长度小于或者等于，其中为所述宽频多层平板双极化天线阵最低工作频率对应的波长。

进一步的，每个水平辐射单元子单元所确定的垂直线上对应设置一个垂直辐射单元，水平辐射单元子单元相对端在垂直方向上的投影落入其下设置的垂直辐射单元子单元的相对端所在区域。

进一步的，水平辐射单元子单元相对端在垂直方向上的投影落入其下设置的垂直辐射单元子单元的相对端所在区域范围的长度小于第五结构的宽度。

进一步的，第二层介质材料板上表面、下表面均设置有若干正十边形通孔，上表面的各个正十边形通孔周围环绕四个水平辐射单元、下表面的各个正十边形通孔周围环绕四个垂直辐射单元。

进一步的，正十边形通孔边长小于0.31*(d₁-2*d₂)，其中，d₁为相邻水平辐射单元之间的间距、相邻垂直辐射单元之间的间距，d₂为水平辐射单元子单元相对端在垂直方向上的投影落入其下设置的垂直辐射单元子单元的相对端所在区域范围的长度。

进一步的，相邻水平辐射单元之间的间距与相邻垂直辐射单元之间的间距相同，所述间距小于等于。其中，为宽频多层平板双极化天线阵最高工作频率对应的波长。

本发明的有益效果为：

本发明采用了增强耦合效应、阶梯状结构的辐射单元、平衡馈电结构、在辐射单元上方加载介质层等技术措施实现了宽带的效果。同时，由于本发明将水平辐射单元和垂直辐射单元在空间上相互垂直排布，以此形成了双极化性能。

理论计算结果表明，本发明天线在有源驻波比小于2的条件下，具有8.5GHz-20.5GHz的工作频带，实现了单一天线的宽带覆盖，剖面高度小于1厘米，减小了占用的空间体积，实现了双极化性能。克服了现有天线阵列带宽较窄，剖面高，难以实现双极化的问题。

附图说明

图1是本发明水平辐射单元整体结构侧视图。

图2是本发明垂直辐射单元整体结构侧视图。

图3是本发明天线的第二层介质板的辐射单元的俯视图。

图4是本发明天线的第二层介质板的整体俯视图。

图5是本发明天线阵中单元的有源驻波曲线图。

图6是本发明天线阵中水平辐射单元在10GHz时的远场辐射方向图。

图7是本发明天线阵中水平辐射单元在14GHz时的远场辐射方向图。