[发明专利]一种低剖面低交叉极化的双极化宽带天线

说明书

技术领域

本发明属于微波技术领域，也可用于微波通信、现代雷达系统、电子设备等领域，具体涉及一种双极化宽带天线。

背景技术

天线是无线广播、无线通信和无线探测等系统最重要的组件之一，作为无线技术的核心，天线系统的结构和特性在很大程度上决定了整个系统的工作性能。随着有源相控阵技术的飞速发展，雷达等系统对频带宽度和扫描角的要求越来越高，这对天线的功能和性能也提出越来越多的要求。

微带贴片天线因其重量轻、体积小、成本低、加工难度低等优点在天线设计中得到广泛应用，但是受限于它的平面形式，传统的微带天线带宽常常不到10%，在需要一定频带宽度和宽角扫描时性能受到制约。其次，因为微带形式容易产生寄生辐射，传统宽带微带天线的交叉极化一般仅为-10dB～-20dB。针对这些问题，出现了宽带双极化双层微带贴片天线，其剖面高度约0.2λ₀（λ₀为中心工作频率在自由空间的波长），工作带宽达到40%以上，寄生贴片与天线罩一体化设计。

发明内容

为了在不需要天线罩的系统中进一步降低天线的剖面高度，并改进宽带性能，本发明提供了一种低剖面低交叉极化的双极化微带天线。

一种低剖面低交叉极化的双极化宽带天线包括顶部敞口的矩形扁盒状的谐振腔11、上层微带板31、下层微带板21、四根馈电探针41和同轴介质13；所述上层微带板31和下层微带板21上下层叠设于谐振腔11的顶部敞口处；所述上层微带板31的顶面中部设有矩形的上层铜箔贴片32，所述下层微带板21的底面中部设有矩形的下层铜箔贴片22；四根馈电探针41均布位于谐振腔11内，四根馈电探针41将上层铜箔贴片32馈电垂直过渡到谐振腔11的底部，并通过同轴介质13形成同轴射频连接端口；

所述谐振腔11采用良好导电的金属材料，其外部长度和宽度根据天线单元间距确定，天线单元的中心间距一般为0.5～0.9λ_H，λ_H为最高工作频率在自由空间的波长；内腔深度约0.05-0.1λ₀，内腔长宽约0.4-0.6λ₀，所述λ₀为中心频率点的自由空间波长；

所述上层铜箔贴片32的每一侧边与谐振腔11的每一侧边呈45度角；

所述双极化宽带天线的剖面高度为0.1-0.15λ₀。

进一步限定的技术方案如下：

上层铜箔贴片32和上层微带板31上开设有贯通二者的4个上层探针孔34；以每个上层探针孔34为圆心，在上层铜箔贴片32的每个上层探针孔34外周蚀刻出阻抗匹配环槽33，以优化阻抗匹配，形成容性电抗以匹配馈电探针引入的感性电抗分量。与4个上层探针孔34对应的下层微带板21上开设有4个下层探针孔24；每根所述四根馈电探针41的上端对应连接着上层探针孔34和下层探针孔24；对于一个天线单元的4个上层探针孔34即形成4个馈电点，激励上下两馈电点对应的探针，形成垂直极化电磁波；激励左右两馈电点的探针，形成水平极化电磁波。

所述馈电探针41两端的直径小于中部主体45的直径，馈电探针41的下端44和主体45之间设有过渡环43；每只馈电探针41的上端42与对应的上层探针孔34配合连接；所述谐振腔11的底部均布设有贯通的阶梯状的4个同轴孔12；所述同轴介质13为环状，设于同轴孔12中部的台阶处；每只馈电探针41的下端44与对应的同轴孔12配合连接，且所述过渡环43与台阶处的同轴介质13配合连接；保证馈电探针41无法向两边滑动。每只馈电探针41的下端44作为同轴射频连接的内导体。

所述馈电探针41的过渡环43的环宽小于同轴介质13的环宽，同轴介质13的材料为特氟龙材料等。

组成天线阵列时，可独立优化各天线单元的馈电探针41直径、位置（通过调节探针间距sx和sy实现）及阻抗匹配环33，以补偿不同互耦环境导致的阻抗失配。

由两个以上的低剖面低交叉极化的双极化宽带天线单元并排组成低剖面低交叉极化的双极化宽带天线阵，天线单元的中心间距一般取0.5-1.0λ_H，所述λ_H为最高频率点的自由空间波长。