一种全双工滤波天线阵列的制作方法

1.本实用新型属于天线技术领域，尤其涉及一种全双工滤波天线阵列。


背景技术：

2.全双工滤波天线是一种具有滤波性能的全双工天线。全双工是指通信双方能够同时发射和接收信号。传统的射频前端一般采用天线与双工器、滤波器等分别独立的设计方式，然后用匹配网络将独立的器件匹配到50欧姆，再将天线与双工器或滤波器级联，这使得整个射频前端体积大、重量重，还会增加更多的传输损耗，不仅如此，匹配网络的带宽限制还会造成天线在带外的性能恶化。
3.双工滤波天线综合了双工天线和滤波天线的优点，既能够以一副天线实现双工通信，又具有滤波天线的功能。双工滤波天线采用辐射单元、双工器和滤波器联合设计，相比于传统射频前端中的独立设计辐射单元和滤波网络，双工滤波天线具有更紧凑的结构，更高的集成度，同时也能提升工作带宽，频率选择性，增益平稳度等各方面性能。而且双工滤波天线还能提高频谱利用率。借助其独有的特性，双工滤波天线已经广泛应用于移动通信、区域无线网络、卫星通信等要求通信射频前端体积小、重量轻和成本低的无线通信系统。
4.然而在相关技术中通常采用的双工滤波天线存在尺寸大，且无法同时满足增益、效率和隔离度要求的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种全双工滤波天线阵列，集成度高且整体尺寸小，具有增益高、效率高和隔离度高等特点。
6.为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，提供一种全双工滤波天线阵列，包括天线本体，所述天线本体由金属材料制成，所述天线本体内具有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔由隔层隔离，所述隔层开设连通所述第一空腔和所述第二空腔的十字交叉耦合缝，所述天线本体的一侧开设与所述第一空腔连通的第一馈电缝隙和第二馈电缝隙，两所述馈电缝隙大小相同且延伸方向相互垂直，所述天线本体的另一侧开设均与所述第二空腔连通的至少两第一辐射缝隙和至少两第二辐射缝隙，各所述第一辐射缝隙的延伸方向平行或相同，各所述第二辐射缝隙的延伸方向平行或相同，所述第一辐射缝隙的延伸方向和所述第二辐射缝隙的延伸方向相互垂直。
7.进一步地，所述十字交叉耦合缝包括第一耦合缝和与所述第一耦合缝垂直且交叉的第二耦合缝，所述第一耦合缝的延伸方向平行于所述第一馈电缝隙，所述第二耦合缝的延伸方向平行于所述第二馈电缝隙。
8.进一步地，所述第一辐射缝隙的延伸方向平行于所述第一馈电缝隙的延伸方向，所述第二辐射缝隙的延伸方向平行于所述第二馈电缝隙的延伸方向。
9.进一步地，所述第一辐射缝隙沿其延伸方向设置有至少两排，所述第一辐射缝隙沿所述第二辐射缝隙的延伸方向设置有至少两列；
10.所述第二辐射缝隙沿其延伸方向设置有至少两排，所述第二辐射缝隙沿所述第一辐射缝隙的延伸方向设置有至少两列。
11.进一步地，同一列所述第二辐射缝隙位于相邻排的所述第一辐射缝隙之间，同一排所述第二辐射缝隙位于相邻列的所述第一辐射缝隙之间。
12.进一步地，所述第一辐射缝隙和所述第二辐射缝隙均设置有五排六列。
13.进一步地，所述天线本体包括底盖、第一腔体结构和第二腔体结构，所述底盖盖合于所述第一腔体结构，所述底盖和所述第一腔体结构围合形成所述第一空腔，所述隔层为所述第一腔体结构的远离所述底盖侧的部分，所述第一馈电缝隙和所述第二馈电缝隙开设于所述底盖，所述第二腔体结构设置于所述第一腔体结构的远离所述底盖侧，所述第二腔体结构和所述隔层围合形成所述第二空腔，所述第二腔体结构包括位于远离所述第一腔体结构侧的辐射面板，所述第一辐射缝隙和所述第二辐射缝隙开设于所述辐射面板。
14.进一步地，所述天线本体还包括设置在底盖的背离所述第一腔体结构侧的第一围合结构和第二围合结构，所述第一围合结构围合于所述第一馈电缝隙外周，所述第二围合结构围合于所述第二馈电缝隙的外周。
15.进一步地，所述十字交叉耦合缝位于所述隔层的中心位置。
16.进一步地，所述第一辐射缝隙和所述第二辐射缝隙共同形成的整体布局既为轴对称结构又为中心对称结构。
17.本实用新型中全双工滤波天线阵列与现有技术相比，有益效果在于：
18.两组极化不同的正交信号可以从两馈电缝隙馈电进去，馈电方式更为简单，第一空腔、第二空腔和开设有十字交叉耦合缝的隔层共同形成滤波结构，第一空腔和第二空腔形成一个二级的滤波器，每个空腔可以同时传输两个相互正交的模式，使得金属腔不仅作为滤波器的谐振器来使用，同时也作为omt(正交模转换器)结构来同时传输两路正交的信号，开设的第一辐射缝隙和第二辐射缝隙可以将两路信号辐射出去。本方案的天线由全金属构造而成，并且通过馈电缝隙馈电、两金属空腔滤波并作为omt结构以及相互垂直的第一辐射缝隙和第二辐射缝隙辐射的方式，可以使得天线结构集成度高且整体尺寸小，具有增益高、效率高和隔离度高等特点。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例中全双工滤波天线阵列的整体结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例中全双工滤波天线阵列第一视角的分解结构示意图；
21.图3是本实用新型实施例中全双工滤波天线阵列第二视角的分解结构示意图；
22.图4是本实用新型实施例中全双工滤波天线阵列的实物样品图：图右上方为整体结构，图下方从左至右依次为第二腔体结构、第一腔体结构和底盖结构；
23.图5是本实用新型实施例中全双工滤波天线阵列的仿真主极化 (sim.co
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pol)、仿真交叉极化(sim.x
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pol)、实际测量主极化(mea.co
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pol) 和实际测量交叉极化(mea.x
‑
pol)的对比图.
24.在附图中，各附图标记表示：1、底盖；11、第一馈电缝隙；12、第二馈电缝隙；2、第一腔体结构；21、隔层；211、第一耦合缝；212、第二耦合缝；3、第二腔体结构；31、辐射面板；311、第一辐射缝隙；312、第二辐射缝隙；4、第一围合结构；5、第二围合结构。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.实施例：
27.在本实施例中，结合图1
‑
3，全双工滤波天线阵列包括天线本体，天线本体由金属材料制成，天线本体内具有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔由隔层21隔离，隔层21开设连通第一空腔和第二空腔的十字交叉耦合缝，天线本体的一侧开设与第一空腔连通的两第一馈电缝隙11和第二馈电缝隙12，两馈电缝隙大小相同且延伸方向相互垂直，天线本体的另一侧开设均与第二空腔连通的至少两第一辐射缝隙311和至少两第二辐射缝隙312，各第一辐射缝隙311的延伸方向平行或相同，各第二辐射缝隙312的延伸方向平行或相同，第一辐射缝隙311的延伸方向和第二辐射缝隙312的延伸方向相互垂直。
28.两组极化不同的正交信号可以从两馈电缝隙馈电进去，馈电方式更为简单，第一空腔、第二空腔和开设有十字交叉耦合缝的隔层21共同形成滤波结构，第一空腔和第二空腔形成一个二级的滤波器，每个空腔可以同时传输两个相互正交的模式，使得金属腔不仅作为滤波器的谐振器来使用，同时也作为omt(正交模转换器)结构来同时传输两路正交的信号，开设的第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312可以将两路信号辐射出去。本方案的天线由全金属构造而成，并且通过馈电缝隙馈电、两金属空腔滤波并作为omt结构以及相互垂直的第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312辐射的方式，可以使得天线结构集成度高且整体尺寸小，具有增益高、效率高和隔离度高等特点。
29.在本实施例中，天线本体包括底盖1、第一腔体结构2和第二腔体结构3，底盖1盖合于第一腔体结构2，底盖1和第一腔体结构2围合形成第一空腔，隔层21为第一腔体结构2的远离底盖1侧的部分，第一馈电缝隙11和第二馈电缝隙12开设于底盖1，第二腔体结构3设置于第一腔体结构2的远离底盖1 侧，第二腔体结构3和隔层21围合形成第二空腔，第二腔体结构3包括位于远离第一腔体结构2侧的辐射面板31，第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312开设于辐射面板31。底盖1和第一腔体结构2之间、第一腔体和第二腔体结构3 之间可以通过螺钉连接方式固定，也可以通过焊接、卡接方式等进行固定。本实施例中，底盖1呈板状，第一腔体结构2和第二腔体结构3均为一侧具有凹槽的结构，凹槽与对应的结构盖合后即形成空腔，各部分用铜材料制成。上述天线本体的构成部分仅仅是一种示例，应当理解，无论天线本体如何分割，只要最终装配形成的天线本体为在前描述的第一空腔、第二空腔、十字交叉耦合缝、馈电缝隙、第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312的设置方式均在本实用新型的保护范围内，例如，在一些实施例中，第一腔体结构2的隔层21及连接在隔层21上的侧壁结构可以为分离的，第二腔体结构3的辐射面板31及连接在辐射面板31上的侧壁也可以是分离的，最终各结构形成的整体和本实施例的示例结构相同。在一些实施例中，天线本体的材料也可以选用铝合金材料、银材料、金材料、钛合金材料等等。
30.天线本体还包括设置在底盖1的背离第一腔体结构2侧的第一围合结构4 和第二围合结构5，第一围合结构4围合于第一馈电缝隙11外周，第二围合结构5围合于第二馈电缝隙12的外周。
31.在本实施例中，天线本体的俯视图的外轮廓为正方形，底盖1、隔层21和辐射面板
31相互平行，因此，底盖1、隔层21和辐射面板31均为正方形，第一空腔和第二空腔均是底面为正方形且正对的长方体腔。两馈电间隙分别平行于底盖1的边缘，两馈电间隙以底盖1的对角线为对称轴呈对称分布，并且，两馈电间隙分别和底盖1的对应边缘中心正对。十字交叉耦合缝位于隔层21 的中心位置，十字交叉耦合缝包括第一耦合缝211和与第一耦合缝211垂直且交叉的第二耦合缝212，第一耦合缝211的延伸方向平行于第一馈电缝隙11，第二耦合缝212的延伸方向平行于第二馈电缝隙12，具体的，第一耦合缝211 和第二耦合缝212的尺寸相同且中心相交。
32.第一辐射缝隙311的延伸方向平行于第一馈电缝隙11的延伸方向，第二辐射缝隙312的延伸方向平行于第二馈电缝隙12的延伸方向；第一辐射缝隙311 沿其延伸方向设置有至少两排，第一辐射缝隙311沿第二辐射缝隙312的延伸方向设置有至少两列；第二辐射缝隙312沿其延伸方向设置有至少两排，第二辐射缝隙312沿第一辐射缝隙311的延伸方向设置有至少两列；同一列第二辐射缝隙312位于相邻排的第一辐射缝隙311之间，同一排第二辐射缝隙312位于相邻列的第一辐射缝隙311之间。具体的，在本实施例中，优选的，第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312均设置有五排六列，第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312共同形成的整体布局既为轴对称结构又为中心对称结构，各第二辐射缝隙312的排布相当于各第一辐射缝隙311绕对称中心旋转90度，对称中心即辐射面板31的中心，在此以各第一辐射缝隙311的排布为例进行描述，各第一辐射缝隙311呈矩形阵列排布，在列方向(第一辐射缝隙311的长度方向) 上沿一直线排列设置有五个，且在列方向上相邻的第一辐射缝隙311之间的间隔相同，在列方向上各第一辐射缝隙311的宽度相同而长度可以不同，在本方案中，互为对称位置的第一辐射缝隙311的长度相同，在排方向上间隔排列有六个第一辐射缝隙311，并且，同一排的第一辐射缝隙311的长度相同。尺寸相同的第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312可以组成缝隙对，并且每组缝隙对的尺寸设置为不同，可以实现更高的增益和阻抗匹配，获得更好的天线性能。
33.上述天线本体中整体结构的俯视图形状也可以设置为长方形、圆形、五边形等等。上述馈电缝隙、耦合缝、辐射缝隙、第一空腔和第二空腔的尺寸可以根据工作波长进行适应性设置，在此不作限定。上述第一辐射缝隙311和第二辐射缝隙312的排数和列数均可以在二、三、四、五、六等等中进行选取，并且优选为轴对称排布，进一步地优选为同时满足中心对称排布。
34.结合图4和图5，对于上述实施例中的全双工滤波天线阵列，进行了样品制作及性能的仿真和实际测量，可见，本方案的天线结构具有增益高、效率高和隔离度高等特点。
35.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。