[发明专利]4×4宽带微带差分天线阵

说明书

本发明公开了一种4×4宽带微带差分天线阵，包括八个波导E面功分器、七个波导H面功分器和4×4微带差分天线阵，矩形贴片和两对λ/4谐振器电容耦合形成微带差分宽带天线基本单元，并在H面和E面等间距组阵形成4×4微带差分宽带天线阵。波导E面功分器为4×4微带差分天线阵提供了等幅反向的差分馈电，波导H面功分器将八个波导E面功分器连在一起形成单端口馈电，4×4微带差分天线阵与波导E面功分器和波导H面功分器使用同轴探针相连，实现了低交叉极化的性能。本发明的4×4微带差分宽带天线阵频带宽，副瓣低，交叉极化低，一体化设计，性能稳定。

技术领域

本发明涉及微波毫米波天线领域，特别是一种4×4宽带微带差分天线阵。

背景技术

随着无线通信系统的飞速发展，天线作为发射和接受电磁波的器件，获得了举足轻重的地位，时代对天线的要求也越来越高。如今，5G时代已经到来，空间中存在多种通信模式，可用的频谱变得越来越拥挤，这导致系统间的干扰也越来越强。同时，用来进行通信的数据传输速率加快，工作频率升高，人们对信号的通信质量也提出了更高的要求。这对我们设计者来说，在较高的工作频率下，如何有效地抑制外部的电磁干扰成了目前亟待解决的问题。

2013年车文荃团队提出了使用多层印刷电路板技术来实现一个2×2具有低交叉极化和宽频带性能的贴片天线阵，此天线是采用定向耦合器对四个单端口馈电单元进行馈电，其E面和H面的交叉极化分别是-27dB和-30dB，但此天线采用了双层结构，存在着副瓣高、成本高等缺点，而且此天线对于加工制造要求比较高。2013年薛泉团队提出了一种新型宽带差分馈电高阶模式贴片天线，此天线通过同轴馈电以背对背的方式给贴片天线馈电，差分信号由波导供电结构提供，但此天线体积大且不易组阵。2018年刘倩文提出了一种具有SIW腔的宽带薄型差分贴片天线，此天线由谐振贴片和SIW组成，差分结构由对称的两个同轴探针对贴片天线馈电，此天线的带宽达到11.43％，具有低的轮廓，但此天线的副瓣较高，约为-6dB，且不易组阵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频带宽、副瓣低、交叉极化低的4×4宽带微带差分天线阵。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种4×4宽带微带差分天线阵，包括八个波导E面功分器、七个波导H面功分器和4×4微带差分天线阵；

矩形贴片和两对λ/4谐振器进行电容耦合形成微带差分宽带天线基本单元，以H面和E面等间距组阵形成4×4微带差分天线阵；

波导E面功分器位于4×4微带差分天线阵正下方，为4×4微带差分天线阵提供等幅反向的差分馈电，波导H面功分器由上而下依次以放置4个、2个、1个的顺序进行级联，将八个波导E面功分器连在一起形成单端口馈电。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)频带宽：通过矩形贴片和λ/4谐振器进行电容耦合形成双谐振点，使该天线的带宽得到了拓展；

(2)交叉极化低：因馈入差分天线的是幅度相等且相位相反的信号，这使得交叉极化的电场在远场形成的电场相互抵消，从而有效的降低了差分天线的交叉极化；

(3)副瓣低：天线分别沿H面方向间隔一个波长，E面方向间隔0.8个波长的距离等间距分布，组成了一个4×4的天线阵，各贴片上的电流大小相等，且两个天线单元相连时微带线向内弯曲，减小了微带线之间电场的干扰，降低了副瓣，副瓣电平约为-12dB。

附图说明

图1是本发明4×4微带差分宽带天线阵的三维结构示意图。

图2是4×4微带差分天线阵结构示意图。

图3是E面功分器的三维结构示意图。

图4-图6是三级H面功分器的三维结构示意图，其中图4是一级H面功分器示意图，图5是二级H面功分器示意图，图6是三级H面功分器示意图。