高频比双波束共口径天线的制作方法

本发明一般涉及通信领域，具体涉及微波通信领域，尤其涉及一种高频比双波束共口径天线。

背景技术：

1、共口径天线是指工作在不同频段的天线共融在同一口径内，以达到减少天线总口径、减少天线数量等效果。高频比共口径天线是一种特殊的共口径天线，是特指共口径的两个天线的工作频带频率比较大，一般在7以上。

2、现有的高频比共口径天线主要为单波束天线，其设计方法主要有以下四种：第一种是低频端射偶极子或维瓦尔第天线前方放置毫米波偶极子阵，前者作为后者反射地及基于前者构建毫米波偶极子的馈电结构，形成端射型高频比共口径天线，毫米波各单元能够获得独立馈电通道，但是天线整体尺寸相对于低频天线会有一定增加；第二种是增加低频贴片的厚度使其内部形成基片集成波导腔，并通过上表面开槽形成毫米波的基片集成波导槽阵列天线，从而实现边射型高频比共口径天线，但是天线整体剖面相对于低频天线有一定增加，并且无法为各毫米波波单元提供独立馈电通道；第三种是将毫米波贴片阵列放置于低频贴片天线上方，低频贴片同时作为毫米波天线的金属地，获得边射型高频比共口径天线，该类天线整体剖面相对于低频天线有一定增加，在为各毫米波波单元提供独立馈电通道时容易影响底层低频贴片天线工作；第四种是将周期性栅格结构作为毫米波频段的部分反射表面获得高增益毫米波辐射，同时等价为低频贴片天线获得边射型辐射，整体为边射型高频比共口径天线，该类天线好处是整体天线尺寸和剖面都等同于低频天线，没有额外增加，但是无法为各毫米波波单元提供独立馈电通道。

3、双波束天线相比单波束天线能实现双向辐射，解决波束覆盖区域单一的问题，具有减少天线数量、节约天线体积、提高信道容量和通信链路质量、有效克服多径衰落等效果。但是目前并没有关于双波束高频比共口径天线的相关报道，而高频比双波束共口径天线能够同时获得高频比共口径天线及双波束特性的优点，具有较高的工程及研究价值。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种高频比双波束共口径天线。

2、本发明实施例提供一种高频比双波束共口径天线，包括由上至下依次层叠设置的顶层金属结构、第一介质基片、中间层金属结构、第二介质基片、金属大地、第三介质基片和底层金属结构，还包括第一金属化过孔、第二金属化过孔、第三金属化过孔以及金属探针；

3、所述顶层金属结构包括第一矩形金属贴片，所述第一矩形金属贴片具有两个第一矩形槽和位于两个所述第一矩形槽之间的第二矩形槽，每个所述第一矩形槽内设有一凳状金属贴片，所述第二矩形槽内设有第三矩形金属贴片；所述凳状金属贴片具有第三矩形槽以及较所述第三矩形槽靠近所述第二矩形槽的u形开口槽，所述第三矩形槽和所述u形开口槽内分别设有第二矩形金属贴片，四个所述第二矩形金属贴片在第一方向上依次排布，所述第一方向为所述第一矩形金属贴片的长度方向；所述第二矩形金属贴片具有第一圆形槽，所述第一圆形槽内设有圆形金属贴片；所述第一矩形金属贴片、所述凳状金属贴片、所述第二矩形金属贴片、所述圆形金属贴片以及所述第三矩形金属贴片共面设置在所述第一介质基片上；

4、所述中间层金属结构包括在所述第一方向上间隔设置的四个第四矩形金属贴片，所述底层金属结构包括在所述第一方向上间隔设置的四条金属条带，所述四个第四矩形金属贴片、所述四条金属条带分别与四个所述第二矩形金属贴片一一对应；

5、相对应的所述第二矩形金属贴片和所述第四矩形金属贴片通过所述第一金属化过孔连接；

6、所述第四矩形金属贴片通过所述第二金属化过孔与所述金属大地相连；

7、相对应的所述圆形金属贴片和所述金属条带通过所述第三金属化过孔连接；

8、所述第一矩形金属贴片、所述第三矩形金属贴片和所述金属大地构成低频天线；

9、每条所述金属条带对应一个高频天线单元，所述高频天线单元包括所述第二矩形金属贴片、所述圆形金属贴片、所述第四矩形金属贴片、所述第一金属化过孔、所述第二金属化过孔和金属大地，四条所述金属条带所对应的高频天线单元构成高频天线。

10、在一些示例中，两个所述第一矩形槽在所述第一方向上间隔设置，所述第二矩形金属贴片的长度方向、所述第三矩形金属贴片的长度方向均沿第二方向，所述第二方向与所述第一方向垂直；

11、所述凳状金属贴片包括第一长边、第一短边、第二长边以及第二短边，所述第一长边、所述第一短边和所述第二长边顺次相连，所述第二短边的两端分别与所述第一长边、所述第二长边相连，所述凳状金属贴片以所述第二短边为分界线形成所述第三矩形槽和所述u形开口槽，所述第一长边和所述第二长边均沿所述第一方向延伸，所述第一短边和所述第二短边均沿所述第二方向延伸；

12、所述第一金属化过孔贯通所述第一介质基片；

13、所述第二金属化过孔贯通所述第二介质基片；

14、所述第三金属化过孔依次贯通所述第一介质基片、所述中间层金属结构、所述第二介质基片、所述金属大地以及所述第三介质基片；

15、所述金属探针依次贯通所述第三介质基片、所述金属大地、所述第二介质基片、所述中间层金属结构以及所述第一介质基片。

16、在一些示例中，所述第二矩形金属贴片与对应的所述第四矩形金属贴片之间通过两个所述第一金属化过孔相连，两个所述第一金属化过孔分别挨着所述第二矩形金属贴片的两条长边的内侧设置；

17、与所述第二矩形金属贴片对应的圆形金属贴片连接单个所述第三金属化过孔；

18、对应于单个所述第二矩形金属贴片，两个所述第一金属化过孔在所述第一方向上关于所述第三金属化过孔对称设置。

19、在一些示例中，所述第四矩形金属贴片的长度方向与所述第一方向垂直，所述第四矩形金属贴片具有第二圆形槽，所述第三金属化过孔绝缘穿过所述第二圆形槽；

20、所述金属大地具有四个第三圆形槽和中心圆形槽，所述四个第三圆形槽与所述四个圆形金属贴片一一对应，所述第三金属化过孔绝缘穿过所述第三圆形槽；

21、所述金属探针绝缘穿过所述中心圆形槽。

22、在一些示例中，所述金属条带的延伸方向垂直于所述第一方向，每条所述金属条带的第一端与对应的所述圆形金属贴片的中心对齐，相邻两条所述金属条带自第一端往第二端延伸的方向相反；和/或，

23、所述四条金属条带在所述第一方向上等间距分布。

24、在一些示例中，所述第一矩形金属贴片的长为0.38λ01-0.42λ01，宽为0.21λ01-0.25λ01；和/或，

25、所述第一矩形槽的长为0.14λ01-0.18λ01，宽为0.09λ01-0.13λ01；和/或，

26、所述第二矩形金属贴片的长为0.57λ02-0.61λ02，宽为0.22λ02-0.26λ02；和/或，

27、所述第四矩形金属贴片的长为0.09λ01-0.13λ01，宽为0.032λ01-0.036λ01；和/或，

28、所述第二金属化过孔的直径为0.0015λ01-0.0019λ01，高度为0.016λ01-0.018λ01；和/或，

29、单个所述第四矩形金属贴片对应多根所述第二金属化过孔，对应于单个所述第四矩形金属贴片相邻两个所述第二金属化过孔的中心距为0.0067λ01-0.0071λ01，最边缘的所述第二金属化过孔到所述第四矩形金属贴片的边缘的距离为0.0026λ01-0.0076λ01；和/或，

30、所述第一介质基板的厚度为0.0092λ01-0.0096λ01；和/或，

31、所述第一金属化过孔直径均在0.0015λ01-0.0019λ01之间，高度在0.0096λ01-0.01λ01之间，对应于单个所述第二矩形金属贴片的两个所述第一金属化过孔的中心距为0.028λ01-0.032λ01；和/或，

32、在所述第一方向上所述凳状金属贴片到所述第一矩形槽远离所述第二矩形槽的边沿的间距为0.0042λ01-0.0046λ01，在所述第一方向上所述凳状金属贴片到所述第一矩形槽靠近所述第二矩形槽的边沿的间距为0.001λ01-0.0014λ01，在所述第二方向上所述凳状金属贴片到所述第一矩形槽的边沿的间距为0.0042λ01-0.0046λ01；和/或，

33、所述金属条带71的宽度为0.005λ01-0.0054λ01，阻抗为47ω-53ω；和/或，

34、相邻所述高频天线单元的中心间距为0.5λ02；

35、其中，λ01为低频天线的中心频率对应的自由空间波长，λ02为高频天线的中心频率对应的自由空间波长。

36、在一些示例中，相对应的所述第二矩形金属贴片、所述第一圆形槽、所述圆形金属贴片、所述第四矩形金属贴片、所述第二圆形槽以及所述第三圆形槽共轴线设置。

37、在一些示例中，所述第二矩形槽、所述第三矩形金属贴片、所述第一介质基片、所述中心圆形槽与所述金属探针共轴线设置。

38、在一些示例中，所述第一介质基片、所述第二介质基片以及所述第三介质基片均呈矩形结构、长宽尺寸一致且长度方向一致；所述高频比双波束共口径天线关于所述第一介质基片的中心呈中心对称图形。

39、在一些示例中，所述低频天线工作模式为tm20模式，所述低频天线通过所述金属探针馈入低频信号；

40、所述高频天线单元工作模式为tm02模式，所述高频天线单元通过所述金属条带馈入高频信号。

41、本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

42、本发明实施例提供的高频比双波束共口径天线，将多个高频天线单元共面嵌入低频天线，不增加低频天线剖面和尺寸；

43、第四矩形金属贴片、金属大地以及第二金属化过孔组成台阶地结构，有效减少高频天线表面波，确保高频比共口径天线的高频双波束辐射特性；

44、各高频天线单元具有对应的金属条带和第三金属化过孔，使得各高频天线单元能够获得独立馈电通道；

45、优选的，相对应的第二矩形金属贴片与第四矩形金属贴片之间通过两个第一金属化过孔相连，两个第一金属化过孔分别挨着第二矩形金属贴片的两条长边的边沿内侧设置，如此能够减少高频天线单元的交叉极化电流。