本發(fā)明屬于天線，特別涉及一種高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列。

背景技術：

1、寬帶同步發(fā)送和接收(star)系統(tǒng)期望在大帶寬上獲得發(fā)送(tx)和接收(rx)通道之間的高度隔離。實現(xiàn)這種高隔離的常見解決方案包含至少三層自干擾抵消(sic)，包括傳播(天線)、模擬和數(shù)字抵消域。因此，對具有顯著端口對端口隔離的天線的需求日益增長，以降低模擬和數(shù)字域抵消設計的難度。多模式天線支持多個正交模式，每個模式之間具有良好的高隔離特性。通過適當?shù)貙⑦@些模式分配到tx和rx通道，可以實現(xiàn)高tx/rx隔離。然而，多模式天線很難同時實現(xiàn)寬帶和寬掃描性能。利用正交雙極化天線對sic進行改進是實現(xiàn)star相控陣的一個很好的選擇。

2、目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種性能良好的超寬帶天線。vivaldi陣列具有很大的帶寬，但它具有較高的剖面。此外，這種天線在非主平面掃描時具有較高的交叉極化?；趙heeler的電流片概念，出現(xiàn)了一種具有非平衡50接口和低剖面的平面超寬帶模塊化天線(puma)陣列，它可以以簡單的多層微波pcb制作，并且不需要外部平衡器，該類陣列具有低剖面，可以模塊化構建，模塊化技術可以方便天線的重用、升級、維修和廢棄后的拆卸、回收和處理，增強了緊耦合陣列天線的工程應用能力。然而由于饋電不平衡，其正交極化端口之間的隔離在邊射時僅為15db。采用昂貴的差分射頻前端或外部平衡器可以提高該類陣列的極化隔離度，然而這會增加成本，降低陣列的集成度。此外，該類陣列常需要額外的寬角阻抗匹配層(比如介質基板、金屬覆層)提升其寬角掃描特性，增加了陣列的復雜度。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，用于解決現(xiàn)有平面超寬帶模塊化陣列天線極化隔離度較低、結構復雜的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

3、一種高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，由若干陣列單元沿著兩個正交方向排布組成，所述陣列單元包括平面折疊偶極子、饋電結構、豎直交叉耦合金屬墻和金屬地板；

4、所述平面折疊偶極子包括印刷在介質基板的兩側的電容補償部分和主體輻射部分，所述電容補償部分和主體輻射部分通過貫穿介質基板的金屬通孔電連接；

5、所述饋電結構布置在介質基板靠近所述主體輻射部分的一側，并與主體輻射部分相連；

6、所述豎直交叉耦合金屬墻設置在介質基板靠近所述主體輻射部分的一側，其一端從所述主體輻射部分的縫隙處與介質基板貼合接觸，另一端與所述金屬地板連接。

7、在一個實施例中，所述天線陣列由若干陣列單元沿著兩個正交方向按照矩形結構排布組成，單個所述陣列單元中，所述平面折疊偶極子、饋電結構、豎直交叉耦合金屬墻和金屬地板沿著垂直于所述兩個正交方向的方向設置。

8、在一個實施例中，所述主體輻射部分具有分別沿所述兩個正交方向的兩臂，在兩臂的交叉處形成所述縫隙，所述電容補償部分沿垂直于所述兩個正交方向的方向投影于所述主體輻射部分，所述金屬通孔有多個，布置于所述縫隙的兩側。

9、在一個實施例中，所述饋電結構包含兩組金屬柱，每組金屬柱為兩根，每組金屬柱的一端分別連接所述主體輻射部分的兩臂，每組金屬柱中一根的另一端連接金屬地板，另一根的另一端連接饋電端口的同軸線內芯。

10、在一個實施例中，所述平面折疊偶極子的電容補償部分與金屬通孔相交，各相交處距電容補償部分邊緣的距離相同；所述主體輻射部分與金屬通孔相切。

11、在一個實施例中，所述天線陣列還包括饋電結構介質基板，所述饋電結構介質基板布置于所述介質基板的下方，所述饋電結構穿過饋電結構介質基板，一端連接所述主體輻射部分，另一端連接饋電端口。

12、在一個實施例中，所述豎直交叉耦合金屬墻的交叉方向分別與所述兩個正交方向夾角為45°，豎直交叉耦合金屬墻貫穿饋電結構介質基板，一端連接所述介質基板，另一端連接所述金屬地板。

13、在一個實施例中，所述介質基板中設置有金屬化通孔，所述金屬化通孔沿垂直于所述兩個正交方向的方向投影于所述主體輻射部分的縫隙處，并與豎直交叉耦合金屬墻相連。

14、在一個實施例中，所述豎直交叉耦合金屬墻中，與金屬地板相連的部分被截短。

15、在一個實施例中，沿垂直于所述兩個正交方向的方向，在所述介質基板和饋電結構介質基板挖去相同的圓形通孔。

16、在一個實施例中，陣列邊緣的豎直交叉耦合金屬墻(6)的高度大于陣列內部的豎直交叉耦合金屬墻(6)的高度，從而將陣列邊緣的平面折疊偶極子(1)耦合接地。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、第一，平面折疊偶極子利用上方的電容補償部分，相當于在天線陣面與自由空間中引入了一個并聯(lián)電容，可以改善天線陣列的相掃性能，從而不再需要額外的寬角阻抗匹配層。

19、第二，平面折疊偶極子的豎直部分(金屬通孔)可以增強共極化單元間的電容耦合，從而進一步拓展低頻工作帶寬。

20、第三，天線的饋電結構采用簡單金屬柱饋電，保留了陣列的模塊化特性。

21、第四，豎直交叉耦合金屬墻可與金屬地板一起加工，便于模塊化單元的安裝與固定。

技術特征：

1.一種高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，由若干陣列單元沿著兩個正交方向排布組成，其特征在于，所述陣列單元包括平面折疊偶極子(1)、饋電結構(5)、豎直交叉耦合金屬墻(6)和金屬地板(7)；

2.根據(jù)權利要求1所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述天線陣列由若干陣列單元沿著兩個正交方向按照矩形結構排布組成，單個所述陣列單元中，所述平面折疊偶極子(1)、饋電結構(5)、豎直交叉耦合金屬墻(6)和金屬地板(7)沿著垂直于所述兩個正交方向的方向設置。

3.根據(jù)權利要求1所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述主體輻射部分(13)具有分別沿所述兩個正交方向的兩臂，在兩臂的交叉處形成所述縫隙，所述電容補償部分(11)沿垂直于所述兩個正交方向的方向投影于所述主體輻射部分(13)，所述金屬通孔(12)有多個，布置于所述縫隙的兩側。

4.根據(jù)權利要求3所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述饋電結構(5)包含兩組金屬柱，每組金屬柱為兩根，每組金屬柱的一端分別連接所述主體輻射部分(13)的兩臂，每組金屬柱中一根的另一端連接金屬地板(7)，另一根的另一端連接饋電端口(8)的同軸線內芯。

5.根據(jù)權利要求1或2或3或4所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述平面折疊偶極子(1)的電容補償部分(11)與金屬通孔(12)相交，各相交處距電容補償部分(11)邊緣的距離相同；所述主體輻射部分(13)與金屬通孔(12)相切。

6.根據(jù)權利要求1所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述天線陣列還包括饋電結構介質基板(4)，所述饋電結構介質基板(4)布置于所述介質基板(2)的下方，所述饋電結構(5)穿過饋電結構介質基板(4)，一端連接所述主體輻射部分(13)，另一端連接饋電端口(8)；

7.根據(jù)權利要求1或6所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述介質基板(2)中設置有金屬化通孔(3)，所述金屬化通孔(3)沿垂直于所述兩個正交方向的方向投影于所述主體輻射部分(13)的縫隙處，并與豎直交叉耦合金屬墻(6)相連。

8.根據(jù)權利要求1所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述豎直交叉耦合金屬墻(6)中，與金屬地板(7)相連的部分被截短。

9.根據(jù)權利要求1所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，沿垂直于所述兩個正交方向的方向，在所述介質基板(2)和饋電結構介質基板(4)挖去相同的圓形通孔(9)。

10.根據(jù)權利要求1所述高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，其特征在于，所述天線陣列中，陣列邊緣的豎直交叉耦合金屬墻(6)的高度大于陣列內部的豎直交叉耦合金屬墻(6)的高度，從而將陣列邊緣的平面折疊偶極子(1)耦合接地。

技術總結
本發(fā)明公開了一種高極化隔離平面超寬帶模塊化天線陣列，由若干陣列單元沿著兩個正交方向排布組成，陣列單元包括平面折疊偶極子、饋電結構、豎直交叉耦合金屬墻和金屬地板；平面折疊偶極子包括印刷在介質基板的兩側的電容補償部分和主體輻射部分，電容補償部分和主體輻射部分通過貫穿介質基板的金屬通孔電連接；饋電結構布置在介質基板靠近主體輻射部分的一側，并與主體輻射部分相連；豎直交叉耦合金屬墻設置在介質基板靠近主體輻射部分的一側，其一端從主體輻射部分的縫隙處與介質基板連接，另一端與金屬地板連接。本發(fā)明具有高極化隔離、低交叉極化、模塊化、結構簡單等優(yōu)點，對于寬帶同步收發(fā)系統(tǒng)具有一定的應用價值。

技術研發(fā)人員：高雨辰,雷曜宇,魏昆,胡偉,姜文
受保護的技術使用者：西安電子科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/5/16