[发明专利]一种双频共口面阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种双频共口面阵列天线的设计。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，人类的生产生活方式产生了巨大的变化。天线作为辐射和接收电磁波的关键部件，其性能的好坏对无线通信系统有着至关重要的影响。在许多情况下，如移动通信、雷达通信中，需要使用的天线具有较尖锐的方向图和较高的增益，如抛物面天线，或者由许多单元天线按一定的方式排列起来组成的阵列天线。阵列天线本身具备面积大，增益高，功率大等特点。一般来讲，大型的阵列天线主要用于军用、科研单位和通信基站等领域，像飞机或者战船上的火控雷达，预测天气的大型气象雷达等，都需要阵列天线。

相比于传统阵列天线，双频阵列天线不仅具有较高的增益，而且能同时工作在两个频段，减小了不同频段间信息的相互干扰，具有很大的应用优势。双频工作模式下的阵列天线大体来说分为两类，共口面和非共口面。共口面就是天线不同的频段采用同一个口径进行工作。比如无线通信中的基站天线就采用了这种方式，同时为PCS和IMT系统服务。同一个天线采用多个天线系统来实现多频段的工作方式属于非共口面，如美国的SRI-C中不同频段采用不同天线系统。与非共口面天线相比，共口面天线可以把频率、极化特性不同的多个天线合理设计在同一口径内，在保持天线结构紧凑的同时，还具有多频、多极化工作的性能，是卫星通信天线未来的发展趋势。

双频共口面阵列天线设计的关键在于辐射单元结构和形式的确立。一个辐射性能良好、尺寸小、频带宽的辐射单元是构成阵列天线的基础。辐射单元的结构形式主要有微带贴片、微带振子、缝隙等。传统双频阵列天线的结构形式多种多样，但大都存在着尺寸大、辐射单元结构复杂、难于加工等问题，这都限制了其在无线通信领域中的应用。此外，在实际设计过程中还要考虑辐射单元间距和互耦的影响，不同频率间的隔离度，以及如何提高阵列增益和带宽等诸多问题。

2012年张申等人在《微带双频天线的研究与设计》一文中提出了一种工作在UHF/X频段内的双频共口面微带天线阵的设计方案。其中，UHF频段辐射单元采用窄缝结构，微带线中心耦合馈电；X频段辐射单元采用微带贴片结构，同轴馈电。但由于UHF频段波长太长，采用窄缝辐射会导致整体结构偏大，重量增加。而且X频段辐射单元采用同轴馈电的方式，使得阵列的匹配难度加大，结构更加复杂。

发明内容

本发明公开了一种双频共口面阵列天线，该天线通过L波段贴片阵列和P波段缝隙阵列复合而成，低频缝隙采用“哑铃形”缝隙结构，大大减小了阵列尺寸。此外，底部通过加载泡沫层起到了支撑缓冲的作用。通过在缝隙背面加载金属反射板实现了共口面单向辐射，并进一步提高了天线的增益。本发明旨在改善传统双频阵列天线结构复杂、尺寸大的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双频共口面阵列天线，天线包括四层，从上到下依次为第一辐射层、第二辐射层、泡沫层和金属反射板层，各层之间均采用固定连接方式。

所述第一辐射层为L波段阵列辐射层，包括第一介质基板以及刻蚀于其正面的四个尺寸相同的单元辐射贴片及其馈电网络；所述馈电网络包括折叠微带线、“T”字形馈电线；

所述单元辐射贴片为朝向一致且均匀分布四角的“凹”字形金属贴片，一对单元辐射贴片之间通过一条两端弯折90度的折叠微带线连接，所述折叠微带线的弯折段连接单元辐射贴片的凹槽底部；所述“T”字形馈电线一条边位于第一介质基板的中线上，其两端分别连接于两折叠微带线的中间位置，另一条边延伸至第一介质基板的边沿，为馈电端口；

所述第二辐射层为P波段阵列辐射层，包括第二介质基板、覆盖其正面刻蚀有四个相同尺寸“哑铃型”缝隙的金属地板、以及设置于其背面的微带馈线；所述微带馈线的形状与第一辐射层的馈电网络相同，其馈电端口的方向相反；

所述缝隙分布于四个角，形状为两端是矩形的“哑铃形”缝隙，且平行于“T”字形馈电线延伸至边沿的一条边；

所述“T”字形馈电线延伸至第一介质基板边沿的一条边分为宽度不同的两段，其位于边沿的一段宽度较窄，靠近中心的一段宽度较宽；