[发明专利]一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元

说明书

本发明公开了一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元，其包括逐层连接的辐射层、馈电层、金属基板和连接结构；辐射层与馈电层耦合；辐射层包括第一基片集成波导腔结构，以及设置于第一基片集成波导腔结构端面的主辐射贴片和寄生辐射贴片，主辐射贴片和寄生辐射贴片相匹配；馈电层中包括相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电，连接结构贯穿金属基板并分别连接到第一缝隙馈电和第二缝隙馈电。本设计的天线单元具备较宽的驻波带宽，相互正交的第一缝隙馈电和第二缝隙馈电具备较好的交叉极化隔离效果，本设计的天线单元结构紧凑，所设计的层级结构的可加工性好。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一种基于耦合馈电的宽带双极化天线单元。

背景技术

双极化天线能发射或接收两个正交极化的电磁波，因此在同一带宽内，天线可以发射或接收两种信号，这有利于频率复用或者收发同时工作。目前常用的双极化天线有波导缝隙天线、喇叭天线、印刷振子天线和微带天线。其中波导缝隙天线的设计及加工难度大，喇叭天线尺寸大、重量重、剖面高，印刷振子天线也存在剖面较高的问题，在某些应用场景中不再适用。微带天线因具有体积小、重量轻、剖面低、易于共形、可加工性好等特点，已得到广泛的应用。但微带双极化天线的交叉极化隔离一般不佳，且微带天线带宽较窄的问题也亟待解决。

为解决微带天线交叉极化隔离不佳以及带宽窄等问题，国内外天线领域工作者做了大量研究。

文献^[1]揭示了一种双极化微带天线，该天线采用单层辐射贴片设计，“工”字型耦合缝隙正交且分离设计于同一层，两个极化的耦合缝隙之间有金属化过孔形成的金属隔离墙，两个极化的馈线位于同一层。该天线可以实现良好的端口隔离，达到32dB，同时提高了天线的增益。但该天线的带宽较窄，仅7.5%，且文中未提及天线的交叉极化隔离度。

文献^[2]中提出了一种混合馈电的双极化微带天线设计，其垂直极化采用共面的微带线馈电，而水平极化则采用缝隙耦合馈电形式，把实现双极化的两套网络置于接地板两侧，从而提高端口隔离度，同时采用反相馈电技术抑制天线的交叉极化。经过测试，该天线两种极化端口的阻抗带宽均大于14.6%（电压驻波比小于1.6），端口之间的隔离度优于34dB，水平极化端口的交叉极化电平抑制优于26dB，垂直极化端口的交叉极化电平抑制优于24dB。由于在第一层和第三层之间填充Rohacell 31HF泡沫来提高天线的带宽、在第四层和第六层之间填充Rohacell 31HF泡沫以及在第六层表面的金属膜来减小背向辐射，天线的剖面较高，同时采用共面的微带线馈电会带来寄生辐射，影响天线的性能。

文献^[3]中提出了一种采用环形耦合结构和弯折型探针结合馈电的微带天线，由6个H型缝隙构成环形耦合结构，其中一个馈电端口通过威尔金森功分器和180°移相器形成倒相馈电，提高了端口隔离度，达到40dB，另一个端口通过T型微带馈电。该天线阻抗带宽为14%、交叉极化隔离度为23dB，但其结构繁琐，设计复杂，且馈电网络占据太多的空间，不利于组阵。

除此之外，还有一些专利文献公开了提高天线带宽的方案，例如CN110137672A、CN101982899A等，此类文献能够在一定程度上拓宽天线带宽，但是，总体而言，其要么交叉极化隔离效果欠佳，增益不理想，要么可加工性不强。

参考文献：

[1]孙静.一种双极化天线辐射单元：中国，CN 207165756 U [P]. 2018-03-30.

[2]汪伟，梁仙灵，钟顺时.一种双极化微带天线阵的设计[J].雷达科学与技术，2004，241-246.