一种基于混合馈电的双极化阵列天线的制作方法

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种基于混合馈电的双极化阵列天线。

背景技术：

近年来随着通信技术的快速发展，无线移动通信也得到了了广泛应用，而双极化天线是一种新型天线技术，组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下，因此其最突出的优点是节省单个定向基站的天线数量。

目前的双极化阵列天线中天线单元的两个极化端口的馈电网络通常都设置在同一层上，馈线分布排列紧密以及馈电网络之间存在很强的耦合作用，馈电网络之间会相互干涉，进而影响信号的接收和发送；因此，如何降低设计难度，同时减少馈电网络之间的相互耦合、干涉，是现阶段需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于混合馈电的双极化阵列天线，解决了目前双极化阵列天线存在的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于混合馈电的双极化阵列天线，它包括m个呈阵列排布的双极化天线模块，每个双极化天线模块包括n个呈阵列排布的双极化天线单元；双极化天线单元的水平馈电端口通过水平极化馈电网络连接，垂直馈电端口通过垂直极化馈电网络连接，且水平极化馈电网络和垂直极化馈电网络排布在不同层。

水平极化馈电网络由m个双极化天线模块的输出馈电线组成，每个双极化天线模块的输出馈电线包括多个第一功分器和一个第一阻抗变换器，每个第一功分器与两个双极化天线单元的水平馈电端口连接，多个第一功分器连接到第一阻抗变换器后输出。

垂直极化馈电网络由m个双极化天线模块的输出馈电线组成，每个双极化天线模块的输出馈电线包括多个第二功分器和一个第二阻抗变换器，每个第二功分器与两个双极化天线单元的垂直馈电端口连接，多个第二功分器连接到第二阻抗变换器后输出。

双极化天线单元包括共面微带线馈电结构和缝隙耦合馈电结构；所述共面微带线馈电结构设置于缝隙耦合馈电结构上方，所述下层发射地板设置于缝隙耦合馈电结构下方。

所述共面微带线馈电结构包括上层辐射贴片、下层辐射贴片和第一馈电微带线；所述第一馈电微带线与下层辐射贴片的一端连接。

所述上层介质基片位于所述上层馈电基片的上方；在所述上层介质基片和上层馈电基片之间还设置有一空气层，以确保天线较宽的工作带宽和高增益。

所述缝隙耦合馈电结构包括耦合缝隙和第二馈电微带线；所述耦合缝隙设置在上层反射地板上，所述第二馈电微带线设置在下层馈电基片上。

所述上层反射地板设置在所述上层馈电基片和所述下层馈电基片之间；所述下层馈电基片设置在所述上层反射地板和所述下层反射地板之间。

所述耦合缝隙为h形耦合缝隙，第二馈电微带线设置在h形耦合缝隙的中心对称线位置上；所述第一馈电微带线与第二馈电微带线之间呈90°。

所述双极化天线单元中的第一馈电微带线连接到所述第一功分器上；所述第二馈电微带线连接到所述第二功分器上。

本实用新型的有益效果是：一种基于混合馈电的双极化阵列天线，通过采用共面微带线馈电和缝隙耦合馈电相结合进而将水平极化馈电网络和垂直极化馈电网络排布在不同层，解决两个极化端口的馈电网络在同一层以及馈网络之间的耦合作用较强等问题；采用多级并馈网络实现天线能量的合成，功分网络中主传输线的特性阻抗为50ω，因此每个单元天线的输入阻抗均设计为50ω，每个极化的4个天线通过两级一分二功分网络合成为一个端口。

附图说明

图1为双极化阵列天线的排布结构图；

图2为双极化天线单元的结构图；

图3为双极化天线单元的俯视图；

图4为双极化阵列天线辐射图；

图5为双极化阵列天线轴比图；

图中，1-上层辐射贴片，2-下层辐射贴片，3-第一馈电微带线，4-上层介质基片，5-上层馈电基片，6-空气层，7-耦合缝隙，8-上层反射地板，9-下层馈电基片，10-第二馈电微带线，11-下层反射地板，12-双极化天线单元，13-垂直极化馈电网络，14-水平极化馈电网络，15-双极化天线模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于混合馈电的双极化阵列天线，它包括m个呈阵列排布的双极化天线模块15，每个双极化天线模块15包括n个呈阵列排布的双极化天线单元12；双极化天线单元12的水平馈电端口通过水平极化馈电网络14连接，垂直馈电端口通过垂直极化馈电网络13连接，且水平极化馈电网络14和垂直极化馈电网络13排布在不同层。

水平极化馈电网络14由m个双极化天线模块15的输出馈电线组成，每个双极化天线模块15的输出馈电线包括多个第一功分器和一个第一阻抗变换器，每个第一功分器与两个双极化天线单元12的水平馈电端口连接，多个第一功分器连接到第一阻抗变换器后输出。

垂直极化馈电网络13由m个双极化天线模块15的输出馈电线组成，每个双极化天线模块15的输出馈电线包括多个第二功分器和一个第二阻抗变换器，每个第二功分器与两个双极化天线单元12的垂直馈电端口连接，多个第二功分器连接到第二阻抗变换器后输出。

进一步地，为满足天线增益大于18dbi和波束宽度不小于11°×11°的技术指标要求，排布的双极化天线模块15有4个，每个双极化天线模块15中包括4个双极化天线单元12；即采用4×4的布阵方案。水平方向天线单元间距为110mm，布置4个单元，俯仰方向单元间距为110mm，布置4个单元。

进一步地，阵列天线中每两个双极化天线单元12的50ω阻抗通过一分二功分器汇至主端口，并联成形成25ω阻抗，通过1/4导波波长阻抗变换器，变换为50ω，同理，下一个的双极化天线模块15也通过同样特性阻抗和长度的阻抗变换器进行阻抗变换，最终在输出端口为50ω匹配。垂直极化馈电网络13的工作原理同水平极化馈电网络14。

如图2和图3所示，双极化天线单元12包括下层发射地板11，还包括共面微带线馈电结构和缝隙耦合馈电结构；所述共面微带线馈电结构设置于缝隙耦合馈电结构上方，所述下层发射地板11设置于缝隙耦合馈电结构下方。

所述共面微带线馈电结构包括上层辐射贴片1、下层辐射贴片2和第一馈电微带线3；所述第一馈电微带线3与下层辐射贴片2的一端连接。

所述上层辐射贴片1设置在上层介质基片4上，下层辐射贴片2和第一馈电微带线设置在上层馈电基片5上。

所述上层介质基片4位于所述上层馈电基片5的上方。

在所述上层介质基片4和上层馈电基片5之间还设置有一空气层6，以确保天线较宽的工作带宽和高增益。

所述缝隙耦合馈电结构包括耦合缝隙7和第二馈电微带线10；所述耦合缝隙7设置在上层反射地板8上，所述第二馈电微带线10设置在下层馈电基片9上。

所述上层反射地板8设置在所述上层馈电基片5和所述下层馈电基片9之间。

所述下层馈电基片9设置在所述上层反射地板8和所述下层反射地板11之间。

所述耦合缝隙7为h形耦合缝隙，第二馈电微带线10设置在h形耦合缝隙的中心对称线位置上。

所述第一馈电微带线3与第二馈电微带线10之间呈90°；第一馈电微带线3和第二馈电微带线10分别连接不同的端口，两个端口的隔离度大于25db，交叉极化大于20db。

进一步地，设计的天线要实现宽带圆极化，考虑到天线的工作频带，选择两层辐射贴片中间夹空气层的方法实现宽带辐射，把一水平极化馈电网络布置在下层辐射贴片同层，并在下层贴片的地板上上开有一个“h”形缝隙，通过50ω微带线馈电实现垂直极化激励。

通过优化下层辐射贴片2的尺寸及空气层6的厚度，可以确定一个最佳的口径耦合水平极化天线，实现第一馈电微带线3的良好匹配。水平极化天线优化设计完成后，通过优化“h”形缝隙的尺寸和第二馈电微带线10短路支线的长度，可实现垂直极化的最优宽带激励尺寸和最佳增益设计。

如图4和图5所示，双极化阵面四分之一电压驻波比带内小于1.60，不考虑和差网络损耗，单纯阵面天线增益大于19.6db，考虑和差网络后，预计天线增益大于18db。带内轴比小于3db。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。