一种阵列天线.pdf

本发明提供了一种阵列天线，包括腔体功分器及末级功分耦合辐射单元，腔体功分器接收输入信号后进行功分，以输出第一功分信号，末级功分耦合辐射单元包括介质基板、第一金属表层及第二金属表层，第二金属表层形成有耦合缝隙阵列，以接收第一功分信号，第一金属表层形成有对应耦合缝隙阵列的辐射缝隙阵列，介质基板上开设有若干金属化通孔单元，金属化通孔单元垂直贯穿第一及第二金属表层，每一金属化通孔单元对应的范围包围一个耦合缝隙及与该耦合缝隙对应的辐射缝隙，以对第一功分信号进行末级功分，来输出第二功分信号至辐射缝隙阵列，从而使辐射缝隙阵列将第二功分信号辐射出去。本发明实现了提高带宽的目的。

权利要求书1.  一种阵列天线，用于接收输入信号，并将接收到的输入信号以电磁信号的形式辐射出去，其特征在于：所述阵列天线包括腔体功分器及装配于所述腔体功分器上的末级功分耦合辐射单元，所述腔体功分器用于接收所述输入信号，并对输入信号的能量进行功分，以输出第一功分信号至所述末级功分耦合辐射单元；所述末级功分耦合辐射单元包括介质基板、设置于所述介质基板上表面的第一金属表层及设置于所述介质基板的下表面的第二金属表层，所述第二金属表层形成有耦合缝隙阵列，以接收所述第一功分信号，所述第一金属表层形成有对应所述耦合缝隙阵列的辐射缝隙阵列，所述介质基板上开设有若干金属化通孔单元，所述金属化通孔单元垂直贯穿所述第一及第二金属表层，每一金属化通孔单元对应的范围包围所述耦合缝隙阵列中的一个耦合缝隙及所述辐射缝隙阵列中的与所述耦合缝隙对应的辐射缝隙，以对所述耦合缝隙阵列接收到的第一功分信号进行末级功分，来输出第二功分信号至所述辐射缝隙阵列，从而使所述辐射缝隙阵列将所述第二功分信号辐射出去。2.  如权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线还包括匹配结构件，所述匹配结构件设置于所述腔体功分器及所述末级功分耦合辐射单元之间，所述腔体功分器包括波导口及功分信号输出口，所述波导口接收所述输入信号，以使所述腔体功分器对所述输入信号进行功分处理，所述功分信号输出口用于将所述第一功分信号输出，所述匹配结构件包括本体部及形成在所述本体部上的匹配口，所述匹配口对应所述功分信号输出口及所述耦合缝隙阵列，从而将功分信号输出口连接至所述末级功分耦合辐射单元的耦合缝隙，以使所述第一功分信号传输至所述耦合缝隙阵列。3.  如权利要求2所述的阵列天线，其特征在于，所述匹配口的数量与所述功分信号输出口及所述耦合缝隙阵列中的耦合缝隙的数量相同，且所述匹配口的尺寸与所述功分信号输出口及所述耦合缝隙阵列中的相应的耦合缝隙的尺寸相同。4.  如权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述阵列天线还包括隔离结构件，所述隔离结构件包括板体及设置于所述板体上的通孔阵列，所述通孔 阵列贯穿所述板体的顶部及底部，并对应所述辐射缝隙阵列，所述板体的底部设置于所述第二金属表层上，所述通孔阵列与所述辐射缝隙阵列连通，所述辐射缝隙阵列在所述板体上的投影为第一投影，所述通孔阵列在所述板体上的投影为第二投影，所述第一投影与所述第二投影重叠或所述第一投影在所述第二投影内。5.  如权利要求4所述的阵列天线，其特征在于，所述辐射缝隙阵列及所述通孔阵列均为4×4阵列，所述耦合缝隙阵列为2×2阵列。6.  如权利要求4所述的阵列天线，其特征在于，所述隔离结构件、所述末级功分耦合辐射单元及所述腔体功分器通过定位销进行装配。7.  如权利要求4所述的阵列天线，其特征在于，所述通孔阵列中的所有通孔具有相同的尺寸。8.  如权利要求4所述的阵列天线，其特征在于，所述板体为金属材质。9.  如权利要求4所述的阵列天线，其特征在于，所述板体为非金属材质，所述通孔阵列的孔壁均涂覆有金属层。10.  如权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述介质基板、所述第一金属表层及所述第二金属表层均为方形，且尺寸相同。

说明书一种阵列天线
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种阵列天线。
背景技术
天线是通信设备最重要的前端无源器件之一。天线对通信产品性能有着非常重要的作用。目前，现有的缝隙阵列天线采用在其表面开设一排排的通孔来形成矩形波导的侧壁，从而实现传统矩形波导的功能。但是，这样的天线为串行馈电。由于受到串行馈电的制约，天线的带宽与每根波导的缝隙的数量成反比。故这样的天线的带宽比较窄，不能满足对带宽要求相对较宽的系统的需求。
发明内容
提供一种阵列天线，来增加天线的带宽，以满足对带宽要求较宽的系统的需求。
第一方面，提供了一种阵列天线，用于接收输入信号，并将接收到输入信号以电磁信号的形式辐射出去，所述阵列天线包括腔体功分器及装配于所述腔体功分器上的末级功分耦合辐射单元，所述腔体功分器用于接收所述输入信号，并对输入信号的能量进行功分，以输出第一功分信号至所述末级功分耦合辐射单元，所述末级功分耦合辐射单元包括介质基板、设置于所述介质基板上表面的第一金属表层及设置于所述介质基板的下表面的第二金属表层，所述第二金属表层形成有耦合缝隙阵列，以接收所述第一功分信号，所述第一金属表层形成有对应所述耦合缝隙阵列的辐射缝隙阵列，所述介质基板上开设有若干金属化通孔单元，所述金属化通孔单元垂直贯穿所述第一及第二金属表层，每一金属化通孔单元对应的范围包围所述耦合缝隙阵列中的一个耦合缝隙及所述辐射缝隙阵列中的与所述耦合缝隙对应的辐射缝隙，以对所述耦合缝隙阵列接收到的第一功分信号进行末级功分，来输出第二功分信号至所述辐射缝隙阵列，从而使所述辐射缝隙阵列将所述第二功分信号辐射出去。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述阵列天线还包括匹配结构件，所述匹配结构件设置于所述腔体功分器及所述末级功分耦合辐射单元之间，所述腔体功分器包括波导口及功分信号输出口，所述波导口接收所述输入信号，以使所述腔体功分器对所述输入信号进行功分处理，所述功分信号输出口用于将所述第一功分信号输出，所述匹配结构件包括本体部及形成在所述本体部上的匹配口，所述匹配口对应所述功分信号输出口及所述耦合缝隙阵列，从而将所述功分信号输出口连接至所述末级功分耦合辐射单元的耦合缝隙，以使所述第一功分信号传输至所述耦合缝隙阵列。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能实现的方式中，所述匹配口的数量与所述功分信号输出口及所述耦合缝隙阵列中的耦合缝隙的数量相同，且所述匹配口的尺寸与所述功分信号输出口及所述耦合缝隙阵列中的相应的耦合缝隙的尺寸相同。
在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述阵列天线还包括隔离结构件，所述隔离结构件包括板体及设置于所述板体上的通孔阵列，所述通孔阵列贯穿所述板体的顶部及底部，并对应所述辐射缝隙阵列，所述板体的底部设置于所述第二金属表层上，所述通孔阵列与所述辐射缝隙阵列连通，所述辐射缝隙阵列在所述板体上的投影为第一投影，所述通孔阵列在所述板体上的投影为第二投影，所述第一投影与所述第二投影重叠或所述第一投影在所述第二投影内。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述辐射缝隙阵列及所述通孔阵列均为4×4阵列，所述耦合缝隙阵列为2×2阵列。
结合第一方面的第三中可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述隔离结构件、所述末级功分耦合辐射单元及所述腔体功分器通过定位销进行装配。
结合第一方面的第三中可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述通孔阵列中的所有通孔具有相同的尺寸。
结合第一方面的第三中可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述板体为金属材质。
结合第一方面的第三中可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述板体为非金属材质，所述通孔阵列的孔壁均涂覆有金属层。
在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述介质基板、所述第一金属表层及所述第二金属表层均为方形，且尺寸相同。
根据各种实现方式提供的阵列天线，用于接收输入信号，并将接收到输入信号以电磁信号的形式辐射出去，所述阵列天线包括腔体功分器及安装于所述腔体功分器上的末级功分耦合辐射单元，所述腔体功分器用于以接收所述输入信号，并对输入信号的能量进行功分，以输出第一功分信号至所述末级功分耦合辐射单元，所述末级功分耦合辐射单元包括介质基板、设置于所述介质基板上表面的第一金属表层及设置于所述介质基板的下表面的第二金属表层，所述第二金属表层形成有耦合缝隙阵列，以接收所述第一功分信号，所述第一金属表层形成有对应所述耦合缝隙阵列的辐射缝隙阵列，所述介质基板上开设有若干金属化通孔单元，所述金属化通孔单元垂直贯穿所述第一及第二金属表层，每一金属化通孔单元对应的范围包围所述耦合缝隙阵列中的一个耦合缝隙及所述辐射缝隙阵列中的与所述耦合缝隙对应的辐射缝隙，以对所述耦合缝隙阵列接收到的第一功分信号进行末级功分，来输出第二功分信号至所述辐射缝隙阵列，从而使所述辐射缝隙阵列将所述第二功分信号辐射出去。由于所述腔体功分器是并馈功分馈源及所述末级功分耦合辐射单元的每一金属化通孔单元包围所述耦合缝隙阵列中的一个耦合缝隙及所述辐射缝隙阵列中的与所述耦合缝隙对应的辐射缝隙，故每一末级功分对应的辐射缝隙的数量较少，从而使得所述阵列天线的带宽较宽，从而满足对带宽要求较宽的系统的需求，且所述末级功分耦合辐射单元的介质基板、第一金属表层及第二金属表层构成了电路板，从而利用电路板实现了集耦合、末级功分及辐射于一体的目的，可获得性强，同时降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是第一较佳实施方式提供的一种阵列天线的分解示意图；
图2是图1的末级功分耦合辐射单元的俯视图；
图3是对图1的阵列天线去掉匹配结构件后进行仿真的电压驻波比图；
图4是对图1的阵列天线仿真的电压驻波比图；
图5是第二较佳实施方式提供的一种阵列天线的分解示意图；
图6是对图5的阵列天线去掉隔离结构件后进行仿真的辐射方向图；
图7是对图5中的阵列天线进行仿真的辐射方向图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明第一较佳实施方式提供一种阵列天线100。所述阵列天线100用于接收输入信号，并将接收到输入信号以电磁信号的形式辐射出去。所述阵列天线100包括腔体功分器10及安装于所述腔体功分器10上的末级功分耦合辐射单元20。所述腔体功分器10用于接收所述输入信号，并对输入信号的能量进行功分，以输出第一功分信号至所述末级功分耦合辐射单元20。请参阅图2，所述末级功分耦合辐射单元20包括介质基板21、设置于所述介质基板21的上表面的第一金属表层22及设置于所述介质基板21的下表面的第二金属表层23。所述第二金属表层23形成有耦合缝隙阵列232，以接收所述第一功分信号。所述第一金属表层22形成有对应所述耦合缝隙阵列232的辐射缝隙阵列222。所述介质基板21上开设有若干金属化通孔单元212。所述金属化通孔单元212垂直贯穿所述第一及第二金属表层22及23。每一金属化通孔单元212对应的范围214包围所述耦合缝隙阵列232中的一个耦合缝隙234及所述辐射缝隙阵列222中的与所述耦合缝隙234对应的辐射缝隙224，以对所述耦合缝隙阵列232接收到的第一功分信号进行末级功分，来输出第二功分信号至所述辐射缝隙阵列222，从而使所述辐射缝隙阵列222将所述第二功分信号辐射出去。
其中，在所述介质基板21上开设贯穿所述第一及第二金属表层22及23的金属化通孔单元212使所述末级功分耦合辐射单元20实现了等幅等相位、沿X轴方向及Y轴方向均对称的末级功分。所述X轴及Y轴是以所述介质基板21的中心为原点，在所述介质基板21的表面上建立的X-Y轴坐标系的两个轴。所 述阵列天线100为PCB（printed circuit board，印刷电路板）缝隙阵列天线。所述末级功分耦合辐射单元20为PCB末级功分耦合辐射单元。其中所述介质基板21、所述第一金属表层22及所述第二金属表层23构成了PCB。因此，所述末级功分耦合辐射单元20是利用PCB实现了集耦合、末级功分及辐射于一体的目的。
在本实施方式中，所述金属化通孔单元212是由若干金属化通孔213围成。所述金属化通孔单元212对应的范围214是由所述若干金属化通孔213围成的范围。所述金属化通孔单元212的数量为4个。所述辐射缝隙阵列222为4×4阵列，所述耦合缝隙阵列232为2×2阵列。即一个耦合缝隙234对应四个辐射缝隙224；一个金属化通孔单元212对应的范围214包围一个耦合缝隙234及四个与该耦合缝隙234对应的辐射缝隙224。因此，所述末级功分耦合辐射单元20实现的是一分四的等幅等相位的末级功分。所述介质基板21、所述第一金属表层22及所述第二金属表层23均为方形，且尺寸相同。
在其他实施方式中，所述辐射缝隙阵列222也可以为N×N阵列，N为自然数。但所述N×N阵列是基于2×2最基本子阵列单元扩展的，如4×4、8×8等。即一个耦合缝隙可能对应2的整数倍个辐射缝隙；则一个金属化通孔单元212也可以包围一个耦合缝隙及2的整数倍个与该耦合缝隙对应的辐射缝隙。因此所述末级功分耦合辐射单元可以实现一分2N的等幅等相位的末级功分。所述腔体功分器10的类型也可以根据实际需要进行更换，即根据需要可以更换为其他腔体功分器，只有实现功分功能即可。所述介质基板21、所述第一金属表层22及所述第二金属表层23的形状及尺寸可以根据实际需要进行调整，如圆形或不规则图形等。
本实施方式中，所述末级功分耦合辐射单元20包括介质基板21、设置于所述介质基板21的上表面的第一金属表层22及设置于所述介质基板21的下表面的第二金属表层23。所述第二金属表层23形成有耦合缝隙阵列232，以接收所述第一功分信号。所述第一金属表层22形成有对应所述耦合缝隙阵列232的辐射缝隙阵列222。所述介质基板21上开设有若干金属化通孔单元212。所述金属化通孔单元212垂直贯穿所述第一及第二金属表层22及23。每一金属化通孔单元212对应的范围包围所述耦合缝隙阵列232中的一个耦合缝隙234及所述辐射缝隙阵列222中的与所述耦合缝隙234对应的辐射缝隙224，以对所述耦合 缝隙阵列232接收到的第一功分信号进行末级功分，来输出第二功分信号至所述辐射缝隙阵列222，从而使所述辐射缝隙阵列222将所述第二功分信号辐射出去。由于所述腔体功分器10是并馈功分馈源及所述末级功分耦合辐射单元20的每一金属化通孔单元212对应的范围包围所述耦合缝隙阵列232中的一个耦合缝隙234及所述辐射缝隙阵列222中的与所述耦合缝隙234对应的辐射缝隙224，故每一末级功分对应的辐射缝隙224的数量较少，从而使得所述阵列天线的带宽较宽，从而满足对带宽要求较宽的系统的需求，且所述末级功分耦合辐射单元20的介质基板21、第一金属表层22及第二金属表层23构成了PCB，因此，所述末级功分耦合辐射单元20利用PCB实现了集耦合、末级功分及辐射于一体的目的，可获得性强，同时降低了成本。
进一步地，请参阅图1，所述阵列天线100还包括匹配结构件30。所述匹配结构件30设置于所述腔体功分器10及所述末级功分耦合辐射单元20之间。所述腔体功分器10包括波导口11及功分信号输出口12。所述波导口11接收所述输入信号，以使所述腔体功分器10对所述输入信号进行功分处理。所述功分信号输出口12用于将所述第一功分信号输出。所述匹配结构件30包括本体部31及形成在所述本体部31上的匹配口32。所述匹配口32对应所述功分信号输出口12及所述耦合缝隙阵列232，从而将所述功分信号输出口12连接至所述末级功分耦合辐射单元20的耦合缝隙234，以使所述第一功分信号传输至所述耦合缝隙阵列232。
其中，所述匹配口32的数量与所述功分信号输出口12及所述耦合缝隙阵列232中的耦合缝隙234的数量相同，且所述匹配口32的尺寸与所述功分信号输出口12及所述耦合缝隙阵列232中的相应的耦合缝隙234的尺寸相同。所述匹配结构件30的材料可以为导电材料，如金属材料。所述匹配结构件30也可以为非导电材料，但所述匹配结构件30内的匹配口内涂覆有导电材料，如金属材料。
请参见图3及图4，本实施方式中，所述匹配结构件30设置于所述腔体功分器10及所述末级功分耦合辐射单元20之间。所述匹配口32对应所述功分信号输出口12及所述耦合缝隙阵列232，从而将所述功分信号输出口12连接至所述末级功分耦合辐射单元20的耦合缝隙234，以使所述第一功分信号传输至所述耦合缝隙阵列232。图3为对图1中的阵列天线去掉所述匹配结构件14进行 仿真得到的电压驻波比仿真图。图4为对本发明阵列天线进行仿真后得到的电压驻波比仿真图。通过对图3及图4比较可知：本发明在所述腔体功分器10与所述末级功分耦合辐射单元20之间设置有所述匹配结构件14的阵列天线100的电压驻波比较低。即所述匹配结构件14降低了所述阵列天线100的电压驻波比。因此，所述阵列天线100的带宽增加。
请继续参见图5，本发明第二较佳实施方式提供一种阵列天线200。所述第二较佳实施方式提供的阵列天线200与所述第一较佳实施方式提供的阵列天线100相似，两者的区别在于：在第二较佳实施方式中，所述阵列天线200还包括隔离结构件40。所述隔离结构件40包括板体41及设置于所述板体41上的通孔阵列42。所述通孔阵列42贯穿所述板体41的顶部及底部，并对应所述辐射缝隙阵列232。所述板体41的底部设置于所述第二金属表层23上。所述通孔阵列42与所述辐射缝隙阵列232连通。所述辐射缝隙阵列232在所述板体41上的投影为第一投影。所述通孔阵列42在所述板体41上的投影为第二投影。所述第一投影与所述第二投影重叠或所述第一投影在所述第二投影内。所述通孔阵列42用于将所述辐射缝隙阵列232中的每一辐射缝隙隔224离开来，以防止所述辐射缝隙224之间相互影响，从而影响信号的质量。
其中，所述通孔阵列42为4×4阵列。所述隔离结构件40、所述末级功分耦合辐射单元20及所述腔体功分器10通过定位销进行装配。所述通孔阵列42中的通孔具有相同的尺寸。所述通孔的形状为方形。所述板体41为金属材质。
在其他实施方式中，所述通孔阵列42的形式可以根据所述辐射缝隙阵列232的改变而改变。所述通孔的形状也可以根据实际需要进行调整，如圆形或喇叭状等。所述板体41也可以为非金属材质。
请继续参考图6及7，在本实施方式中，所述隔离结构件40上的通孔阵列42设置于所述第二金属表层23上。每一通孔对应一个辐射缝隙224，从而可以隔离每一辐射缝隙224的表面电流及降低每一辐射缝隙224之间的耦合。图6为对图5的阵列天线去掉所述隔离结构件40后进行仿真得到的辐射方向图。图7为对本发明的阵列天线200进行仿真后得到的辐射方向图。通过比较图6及图7可知：本发明增设有所述隔离结构件40的阵列天线200的辐射方向图大大改善了天线栅瓣及旁瓣的问题，从而解决了通常平板天线栅瓣较高的问题。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发 明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。