一种ka频段相控阵天线单元及天线阵列的制作方法

本发明属于卫星通信，尤其涉及一种ka频段相控阵天线单元及天线阵列。

背景技术：

1、随着低轨互联网的兴起，ka频段低轨互联网星座及地面终端也随之快速发展。低轨卫星不同于同步轨道卫星，低轨卫星相对地球处于运动状态，因此，传统的地面终端，如抛物面、机扫阵列天线已不再适用。相控阵天线具备波束快速扫描赋形、快速切星等优势，在低轨卫星地面终端领域将成为主流。目前，制约相控阵天线发展的因素之一就是如何实现低成本化设计。

2、相控阵天线的整体性能与所选择的天线辐射单元特性密不可分，同时还需兼顾低轨卫星地面终端的重量、体积、成本、低剖面等因素。综上需求，微带贴片天线单元不仅具有尺寸小、轻重量、低剖面、低成本的特点，而且利于与芯片集成在一块，非常符合实际应用场景需求。但是，微带贴片天线也有缺点，比如相对带宽较窄、波束宽度也较窄，实际设计过程中，更多的是围绕展宽带宽和展宽波束、降低成本等进行改进。

3、ka频段相控阵天线单元主流采用双线极化微带贴片天线，主流展宽带宽的形式是双贴片叠层设计，主流展宽波束的形式是加载接地隔离栅设计，市面上产品的天线单元馈电方式主要归为两种，双耦合馈电和双探针馈电。现有技术中的双耦合馈电天线单元优点是双端口间隔离度很好，但是结构复杂，需要使用较多的pcb基板层数，成本相对较高，同时耦合缝隙对pcb多层压合时偏移公差要求高，容易产生频偏；现有技术中的双探针馈电天线单元，优点是结构简单，pcb基板使用层数较少，但是双端口间隔离度较差，影响天线性能。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本发明提供了一种ka频段相控阵天线单元及天线阵列，在满足隔离度要求的基础上，结构更加简单、成本更低，以解决双耦合馈电和双探针馈电的弊端。

2、一种ka频段相控阵天线单元，为自上而下设置的三层结构，第一层结构包括第一基板和设于该基板上表面的第一贴片天线，第二层结构包括第二基板，第二基板上加载空气腔，第三层结构包括第三基板和设于该基板上表面的第二贴片天线，第二贴片天线上连接有用于馈电的第一探针和第二探针，

3、第一基板、第二基板、第三基板之间基于双面焊接工艺叠层为一个整体。

4、作为优选，第二贴片天线加载有扰流缝，所述扰流缝为沿中轴线对称的轴对称几何图形，图形侧边具有一定斜率，且沿探针端口向对侧对角方向斜率变大；所述扰流缝沿第二贴片天线的对角线放置，对称轴与对角线重合，所述第一探针和第二探针的端口分别位于所述扰流缝两侧，通过调节缝隙的尺寸以及与对角线相对位置，改善天线的隔离度。

5、作为优选，扰流缝为漏斗型扰流缝或y型扰流缝。

6、作为优选，通过调节所述扰流缝的宽度和长度，改变探针两端口在第二贴片天线的电流分布，使两端口之间串扰的电流达到最小，改善双端口隔离度。

7、作为优选，调节扰流缝在第二贴片天线对角线上的相对位置，找到使天线的阻抗匹配最优的位置。

8、作为优选，第一基板、第二基板、第三基板四周均设有隔离栅，基板之间的隔离栅作为双面焊接的焊盘。隔离栅组成的结构又能起到展宽天线单元波束的作用，一举两得。

9、作为优选，隔离栅设有接地孔。

10、本发明还公开了一种ka频段相控阵天线阵列，包括沿一条直线排列的若干个上述ka频段相控阵天线单元，为保证天线在±60°扫描范围内，净空区不出现栅瓣，天线单元排布间距0.5±0.04个波长，天线阵列包括256个天线单元，采用16*16方布阵形式组阵；天线采用探针馈电形式。

11、作为优选，通过天线单元旋转布阵方式改善交叉极化，将阵面中2*2天线单元作为最小周期单元，以2*2天线单元的几何中心为坐标并以第一个天线单元为参考，剩余天线单元依次旋转90°/180°/270°。

12、本发明的有益效果是：

13、（1）本发明采用加载空气腔与双面焊接工艺的组合形式，将三层基板叠层到一起，简化结构的同时还展宽了带宽，提高了天线的辐射效率,对于常规加载空气腔+螺丝固定形式，一致性更好；

14、（2）本发明通过在第二贴片天线上面加载漏斗型或y型扰流缝隙，改善双探针之间隔离度，同时不会额外增加天线成本，简单有效。

技术特征：

1.一种ka频段相控阵天线单元，其特征在于，为自上而下设置的三层结构，

2.根据权利要求1所述的ka频段相控阵天线单元，其特征在于，所述第二贴片天线加载有扰流缝，所述扰流缝为沿中轴线对称的轴对称几何图形，图形侧边具有一定斜率，且沿探针端口向对侧对角方向斜率变大；所述扰流缝沿第二贴片天线的对角线放置，对称轴与对角线重合，所述第一探针和第二探针的端口分别位于所述扰流缝两侧，通过调节缝隙的尺寸以及与对角线相对位置，改善天线的隔离度。

3.根据权利要求2所述的ka频段相控阵天线单元，其特征在于，所述扰流缝为漏斗型扰流缝或y型扰流缝。

4.根据权利要求2或3所述的ka频段相控阵天线单元，其特征在于，通过调节所述扰流缝的宽度和长度，改变探针两端口在第二贴片天线的电流分布，使两端口之间串扰的电流达到最小，改善双端口隔离度。

5.根据权利要求4所述的ka频段相控阵天线单元，其特征在于，调节扰流缝在第二贴片天线对角线上的相对位置，找到使天线的阻抗匹配最优的位置。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的ka频段相控阵天线单元，其特征在于，所述第一基板、第二基板、第三基板四周均设有隔离栅，基板之间的隔离栅作为双面焊接的焊盘。

7.根据权利要求6所述的ka频段相控阵天线单元，其特征在于，所述隔离栅设有接地孔。

8.一种ka频段相控阵天线阵列，其特征在于，包括沿一条直线排列的若干个如权利要求1至7任意一项所述的ka频段相控阵天线单元，天线阵列包括256个天线单元，天线单元排布间距0.5±0.04个波长，采用16*16方布阵形式组阵；天线采用探针馈电形式。

9.根据权利要求8所述的ka频段相控阵天线阵列，其特征在于，通过天线单元旋转布阵方式改善交叉极化，将阵面中2*2天线单元作为最小周期单元，以2*2天线单元的几何中心为坐标并以第一个天线单元为参考，剩余天线单元依次旋转90°/180°/270°。

技术总结本发明公开了一种ka频段相控阵天线单元及天线阵列。本发明天线单元为自上而下设置的三层结构，第一层结构包括第一基板和设于该基板上表面的第一贴片天线，第二层结构包括第二基板，第二基板上加载空气腔，第三层结构包括第三基板和设于该基板上表面的第二贴片天线，第二贴片天线上连接有用于馈电的第一探针和第二探针，第一基板、第二基板、第三基板之间基于双面焊接工艺叠层为一个整体。本发明在满足隔离度要求的基础上，结构更加简单、成本更低，以解决双耦合馈电和双探针馈电的弊端。技术研发人员：刘培帅,张宏波,孙志强,韩舒昌受保护的技术使用者：南京荣熹通信技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2