[發明專利]一種硅基小型共口徑雙頻雙極化寬帶陣列天線

有效

• 申請號: 201911047103.2
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110707427B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 丁勇;郭培培;張樂琦;蘇坪;潘超群;楊曉明;徐晟
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q21/06;H01Q21/30;H01Q5/30;H01Q5/50
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 徐雯瓊;章麗娟

本發明公開了一種硅基小型共口徑雙頻雙極化寬帶陣列天線，包含若干個雙頻雙極化天線單元，每個雙頻雙極化天線單元采用層疊結構，由低頻段輻射單元、高頻段輻射單元、兩個頻段饋電結構以及金屬接地板組成。低頻段輻射單元開方形孔，置入高頻段輻射單元以實現共口徑。采用高阻硅作為介質基板，極大減小陣元尺寸，滿足小型化需求。通過挖空一層硅基引入空氣層的方式來展寬天線帶寬。本發明共口徑雙頻雙極化寬帶陣列天線能夠同時工作在頻率比約為2的兩個頻段，兩個頻段的特征都是雙極化，天線陣布局合理，具有結構簡單、尺寸小、極化性能好、天線隔離度高等優點。

技術領域

本發明涉及天線技術領域，具體涉及一種硅基小型共口徑雙頻雙極化寬帶陣列天線，能夠作為射頻收發前端天線，可以應用于移動通信、相控陣雷達等無線系統。

背景技術

隨著移動通信、衛星通信以及雷達等無線通信技術的快速發展,無線通信系統向低成本、平面化、小型化、多功能化發展。為了適應通信系統的發展，現階段天線設計應當能集多種功能于一體。雙極化工作天線能有效解決路徑衰落問題，減小天線數量，降低天線成本，實現極化分集、極化捷變特性；為了實現多系統共用和收發共用，天線的設計還必須滿足多頻率工作要求。基于上述需求，雙頻雙極化天線因其體積小、成本低、重量輕、頻帶利用率高、通信容量大等特點獲得了廣泛的關注與研究。

硅基MEMS三維異構技術通過高精度、高一致性、高密度三維互聯，實現芯片和封裝的一體化集成設計，可以大大減小系統體積、重量。在硅基異構高精度三維集成研究領域國內還處于起步階段。通過初期探索，我國在GaAs MMIC芯片與硅基異構集成、硅基集成無源器件(IPD)與TSV集成、多層金屬重布線、硅轉接板三維堆疊和三維圓片級封裝等多項單步工藝上取得了突破。利用硅基MEMS工藝可以將硅基天線與硅基射頻系統有效，實現天線-射頻一體化，提高了集成度，大大降低了天線射頻系統的體積。

本發明一種硅基小型共口徑雙頻雙極化寬帶陣列天線，通過硅基高密度三維集成工藝實現，提供了一種結構簡單、尺寸小、極化性能良好、隔離度高的共口徑雙頻雙極化陣列天線，為射頻集成微系統提供了一種可靠的天線設計方案。

對現有技術進行了國內外數據庫的檢索，授權專利CN101714701A“雙頻雙極化天線陣列”，公開日期2010年5月26日，介紹了一種頻段間耦合較小的雙頻雙極化天線陣列，高低頻段天線單元采用不同的輻射單元形式增加異頻隔離，且錯位上下排布于同一軸線，相比于本發明挖空硅基引入空氣層的方式，上方天線輻射單元利用介質支撐桿支撐，其結構較為復雜，穩定性較差。

授權專利CN103606757A“一種雙頻雙極化天線陣”，公開日期2014年2月26日，介紹了一種適用于無線局域網、WiMax等網絡的雙頻雙極化天線，由水平基板、N個水平極化天線和N個垂直極化天線組成，水平極化天線集成在水平基板，垂直極化天線垂直插放于水平基板的凹槽中，水平極化天線和垂直極化天線交錯分布于同一圓周，相比于本發明，垂直插入的方式使得天線結構存在不穩定性，垂直放置的天線饋電點懸于半空，難以進行測試。

授權專利CN2845198“雙頻雙極化天線”，公開日期2006年12月6日，介紹了一種結構緊湊、耦合較小的雙頻雙極化天線，改型偶極子高頻輻射單元排列與低頻輻射單元的上方，高頻輻射單元通過在高頻輻射單元與反射板之間架設輔助反射板的方式及在高頻輻射單元基本同一平面內四周加多導電體的方式限制波束寬度。與本發明方陣排布相比，高、低頻輻射單元一條直線排布，縱向長度較長，不利于小型化。

桂林電子科技大學徐永杰“Ku波段寬帶雙頻雙極化微帶天線陣的設計”利用口徑耦合理論、反相饋電技術以及單層微帶貼片結構實現了微帶天線陣，雙極化端口隔離度小于-33dB，相對阻抗帶寬優于6.9％，性能良好，相比于本發明的雙層結構，單層微帶貼片結構限制了兩個頻段的頻率比，并且一個頻段對應于一個極化方向的特點，使其在應用方面存在局限性。