[发明专利]一种具有高口径效率和高口径复用率的双频缝隙天线阵列

说明书

本发明公开一种具有高口径效率和高口径复用率的双频缝隙天线阵列，包括下层介质基板、上层介质基板、金属通孔围成的基片集成波导结构、在基片集成波导所围区域中的缝隙结构、馈电结构，在上层介质基板和下层介质基板的上表面都有馈电结构，并且两个馈电结构分别处于两侧的位置。本发明采用平面式的馈电结构，且高低频两个馈电结构互相不影响，可以达到非常高的端口隔离度，有利于降低天线的剖面高度，使天线更加紧凑、小型化。

技术领域

本发明涉及天线阵列技术领域，尤其涉及一种具有高口径效率和高口径复用率的双频缝隙天线阵列。

背景技术

随着第五代通信技术和雷达通讯的发展，越来越多的频谱资源被投入使用。例如在第五代移动通信技术中，通信频段覆盖了微波和毫米波的范围。因此，在一套通信系统设备中，也往往需要能够兼顾多个频段。在以往的设计中，解决这一问题的方案是采用多个不同频段的天线，这样的设计是最省事的，但是会带来一些问题，比如：天线之间的隔离度比较差，对于天线的性能会造成一定的恶化；增加天线数量意味着具有更大的空间占用率，不利于设备的小型化；天线数量的增加会提高成本。针对采用分离式天线带来的问题，国内外学者提出了口径复用式天线的概念，主要目的是为了在一支天线上实现多个工作频率，同时不同频率之间具备较高的隔离度，达到缩减尺寸和降低成本的效果。西安电子科技大学公布了一种基于结构复用的大频率比的双频天线(西安电子科技大学，一种基于结构复用的大频率比双频天线，申请号CN202110821341.5，申请日2021.10.22)，采用偶极子和“V”型谐振单元在结构上的复用，实现了35.5GHz和28.5GHz双频段的应用需求，并且在毫米波频段形成端向辐射，具有更多样的功能。

在一些应用场合，如卫星通信、雷达扫描等，需要天线具备高增益、低剖面和小尺寸的优势。为了达到这些目的，天线阵列被设计和应用。同时由于目前多通信频段的出现，对天线阵列也提出了多频、高隔离度、小型化、高口径效率的要求。为了达到高增益，天线阵列的单元拓扑和排列方式非常重要，直接决定了可以实施的阵列尺寸大小，影响了天线的最大增益、辐射方向图和口径效率的指标。为了实现多个工作频率，方案一是采用多频的天线辐射单元在同一口径上组成阵列，由于辐射单元本身就具备多频的特性，因此容易使得组成的阵列工作在多个频段。但是这样一来，由于多频的天线单元的结构比较受限制，所以天线阵列的可调节性不强。电子科技大学公布了一种用于毫米波频段的基片集成天线机器阵列天线(电子科技大学，用于毫米波频段的基片集成天线及其阵列天线，申请号CN201310598107.6，申请日2014.2.19)，通过在基片集成波导单元中设置两条长度不同的缝隙，引入了两个谐振点，两个谐振点频率相隔较远，耦合较弱，有利于改善天线驻波特性，从而实现宽频带和高增益的效果。但是在该发明中，辐射单元的间距受到基片集成波导单元尺寸的限制，不利于辐射方向图栅瓣的抑制。方案二是在同一个口径面下使用不同天线阵列的嵌套实现多个工作频率，这种方法的关键问题在于如何设计独特的辐射单元结构，从而让其互相嵌套并且不互相影响。成都锦江电子系统工程有限公司公布了一种双频段复合天线单元及天线阵(成都锦江电子系统工程有限公司.一种双频段复合天线单元及天线阵:CN202120092755.4[P].2022-02-18.)，阵列辐射单元由中部的十字型的L波段贴片和四周四个C波段贴片组成，通过L波段十字贴片和C波段贴片的嵌套，使得最终的阵列工作在两个频段。这种方案由于两个波段贴片是在同一平面的，所以不利于提升阵列的口径效率，并且两个频带的工作频率会互相牵制，造成频率的调节性不高。方案三是在同一口径下，将工作在不同频率的天线阵列堆叠起来，可以大幅的提高口径利用率(详见：[12]D.-J.Wei,J.Li,G.Yang,J.Liu,and J.-J.Yang,“Design of compact dual-band SIW slottedarray antenna,”IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.,vol.17,no.6,pp.1085–1089,Jun.2018.)，但是由于上层阵列会对下层阵列有所遮挡，下层阵列的口径效率往往会有所恶化。因此对于方案三来说，如何合理的设计上层阵列的结构和阵列单元的排列方式，是最为关键的问题。

发明内容