[发明专利]基于混合馈电网络的圆极化集成滤波天线阵列

说明书

一种基于混合馈电网络的圆极化集成滤波天线阵列，包括：叠层贴片辐射单元、带状线结构的1分32馈电网络、空气填充集成GWG结构的1分16馈电网络、带状线到空气填充集成GWG转接结构、空气填充集成GWG到SIW转接结构以及SIW带通滤波器。将多种器件进行集成，布局紧凑，满足了毫米波通信大规模高效率收发天线阵列需求。本发明辐射阵面由叠层贴片辐射单元构成，馈电网络采用混合形式：较小范围子阵采用带状线馈电网络激励，基于二级顺序旋转实现良好的宽带圆极化特性；跨度较大、传输距离较长的部分采用适用于LTCC工艺的空气填充集成GWG馈电网络，大幅提升集成滤波天线阵列的效率；采用SIW带通滤波器集成在馈电网络中，获得了较好的边带选择和带外抑制特性。同时提出集成滤波的实现方式，将天线阵列的滤波目标分解到各个部分并通过各部分的频率响应综合得到天线阵列的整体滤波特性，有效避免了采用单一器件进行滤波的局限性。

技术领域

本发明涉及的是一种卫星天线领域的技术，具体是一种基于混合馈电网络的大规模高效率圆极化集成滤波天线阵列。

背景技术

现有馈电网络常采用平面传输线形式，如带状线、微带线等。虽然平面传输线布局布线灵活，但在工作频段较高或阵列规模较大、传输线电长度较长时，平面传输线馈电网络损耗大，融合滤波特性后因其品质因素较低而使插入损耗进一步增加，导致集成滤波天线阵列整体效率很低。另一类馈电网络为波导形式，如矩形波导、间隙波导(GWG)等，其集成形式分别为基片集成波导(SIW)和集成间隙波导，它们构成的馈电网络损耗比平面传输线网络低，从而保证了天线阵列的效率。但集成波导构成的馈电网络受其结构尺寸和高次模式的影响，难以在较宽频带内产生稳定的幅度和相位分布，波导结构馈电网络和天线阵列不易达到集成滤波天线阵列的宽带圆极化特性要求。

发明内容

本发明针对现有技术馈电网络占用尺寸过大，难以进行大规模的组阵并且难以在高频的实现良好的带外抑制的缺陷，提出一种基于混合馈电网络的圆极化集成滤波天线阵列，辐射阵面由叠层贴片辐射单元构成，馈电网络采用混合形式：较小范围子阵采用带状线馈电网络激励，基于二级顺序旋转实现良好的宽带圆极化特性；跨度较大、传输距离较长的部分采用适用于LTCC工艺的空气填充集成GWG馈电网络，大幅提升集成滤波天线阵列的效率；采用SIW带通滤波器集成在馈电网络中，获得了较好的边带选择和带外抑制特性。在集成滤波天线阵列设计中，叠层贴片辐射单元、空气填充集成GWG馈电网络、SIW带通滤波器、GWG到带状线的转接结构均对阵列的滤波响应具有贡献，通过目标滤波响应的分解与合成方法，使所述的集成滤波天线阵列实现了满足要求的良好滤波功能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于混合馈电网络的圆极化集成滤波天线阵列，包括：叠层贴片辐射单元、带状线结构的1分32馈电网络、空气填充集成GWG结构的1分16馈电网络、带状线到空气填充集成GWG转接结构、空气填充集成GWG到SIW转接结构以及SIW带通滤波器，其中：叠层贴片辐射单元位于集成滤波天线阵列的顶部，并由叠层贴片辐射单元下方的带状线结构的1分32馈电网络进行正交激励从而实现圆极化工作；带状线结构的1分32馈电网络通过带状线到空气填充集成GWG转接结构与带状线结构的1分32馈电网络下方的空气填充集成GWG结构的1分16馈电网络连通；空气填充集成GWG结构的1分16馈电网络通过空气填充集成GWG到SIW转接结构与SIW带通滤波器连通；SIW带通滤波器位于集成滤波天线阵列的底部。

所述的叠层贴片辐射单元共有256个，呈16×16网格排列，每个叠层贴片辐射单元，包括：自上而下依次设置的上层贴片、第一介质层、下层贴片、第二介质层和第一金属地平面，其中：位于第二介质层中的两个馈电通孔对下层贴片进行馈电，下层贴片与上层贴片之间有电磁耦合。

所述的上层贴片为正方形，中心处设有上层十字槽用以增加天线设计自由度。

所述的下层贴片为正方形，中心处设有下层十字槽用以增加天线设计自由度。