本发明专利技术公开了一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元，包括辐射贴片、微带耦合线、介质层和底部地板；所述辐射贴片位于介质层上表面的中心位置；所述微带耦合线位于介质层上表面的边缘；所述底部地板位于介质层下表面，且底部地板上设有矩形缝隙结构、矩形微带馈线和BGA植球结构；所述辐射贴片通过金属过孔和底部地板的矩形微带馈线相连；所述微带耦合线也通过金属过孔和底部地板的下表面相连。植球结构直接与射频前端的实现互连，具有损耗小、重量轻、低成本等特点；同时克服常规微带天线波束窄、辐射不均匀等缺点，解决现有星载相控阵阵元低剖面、宽覆盖的技术问题。宽覆盖的技术问题。宽覆盖的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元
[0001]本专利技术涉及应用于卫星互联网通信领域的星载相控阵天线技术，尤其涉及一种适用于AOP 毫米波相控阵的宽波束圆极化阵元。
技术介绍
[0002]随着卫星批量化制造成本的降低以及卫星运载技术的发展，卫星互联网通信已经成为了国际航天领域研究热点。相比于传统的单个卫星，高容积比的卫星互联网星座系统更加复杂，对星载相控阵天线提出了更多的技术要求。首先，随着卫星微型化发展和卫星空间资源的急剧减少，严苛限制了星载天线的包络尺寸以及重量。平板相控阵天线由于具有极低的剖面特性非常适合卫星通信应用，但是星载平板相控阵阵元目前主流通过同轴电缆、SMP、SMA等传统类型连接器和毫米波前端实现电气互连，具有体积大、重量大、插损大等缺点。其次，为满足卫星通信的宽覆盖需求，星载阵列天线需要在大角度扫描时仍具有较高增益，这要求相控阵单元具有宽波束特性。常规单层微带天线带宽较窄(仅有3％左右)，而波束宽度更宽的多层微带天线在星载高低温交变(常规约
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90度)的环境下时，面临因多层介质与中间粘结层的热膨胀系数不一致导致分层失效的巨大风险。最后，微带天线往往由于天线结构的非严格对称、以及常规采用的偏置馈电方式会造成单元方向图在不同切面上的不对称，进而导致阵列扫描时在某些切面大角度扫描时增益明显下降，无法满足星载天线希望在方位面均匀全覆盖的应用要求。
技术实现思路
[0003]面向高容积比的卫星互联网通信的应用，提供一种适用于AOP(Antenna on Package封装上天线)毫米波相控阵的宽波束圆极化阵元，该阵元通过BGA(BGA的全称是Ball Grid Array (球栅阵列结构的PCB)，它是集成电路采用有机载板的一种封装法。)植球结构直接与射频前端的实现互连，具有损耗小、重量轻、低成本等特点；同时克服常规微带天线波束窄、辐射不均匀等缺点，解决现有星载相控阵阵元低剖面、宽覆盖的技术问题。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元，包括辐射贴片、微带耦合线、介质层和底部地板；
[0005]所述辐射贴片位于介质层上表面的中心位置；所述微带耦合线位于介质层上表面的边缘；所述底部地板位于介质层下表面，且底部地板上设有矩形缝隙结构、矩形微带馈线和BGA植球结构；
[0006]所述辐射贴片通过金属过孔和底部地板的矩形微带馈线相连；所述微带耦合线也通过金属过孔和底部地板的下表面相连。
[0007]进一步的，所述辐射贴片呈圆形，辐射贴片边缘切4个矩形缺口，所述4个矩形缺口相对贴片圆心呈中心对称位置；所述辐射贴片内侧开矩形槽，所述矩形槽的槽宽为0.1mm～0.2mm，且矩形槽中心和贴片圆心重合。
[0008]进一步的，所述4个矩形缺口中任意一个缺口的中心与贴片圆心之间的连线与贴
片内侧矩形槽的长边中轴线所夹锐角为45度。
[0009]进一步的，所述微带耦合线包含8条矩形微带条，每2条矩形微带条一端重叠呈直角布置于介质层正方形上表面的直角处；所述矩形微带条宽0.1mm，矩形微带条的长边平行于介质层边沿，且矩形微带条的长边与介质层边沿距离0.1mm。
[0010]进一步的，所述介质层是长方体，采用抗辐照材料，内部设有5个金属通孔实现辐射贴片和底部地板以及微带耦合线和底部地板的连接。
[0011]进一步的，所述5个金属通孔包含1个馈电通孔和4个接地通孔；所述馈电通孔连接辐射贴片和矩形微带馈线，馈电通孔与辐射贴片的接触面中心偏离辐射贴片的圆心，且与矩形微带馈线的接触面中心在矩形微带馈线短边中轴线上；所述4个接地通孔分别位于介质层的四个角，4个接地通孔的一端一一对应连接4对微带耦合线的重叠处，4个接地通孔的另一端连通至底部地板4的下表面。
[0012]进一步的，所述金属通孔是直径0.2mm的金属圆柱。
[0013]进一步的，所述底部地板上的矩形缝隙结构的中心和矩形微带馈线的中心重合；所述矩形缝隙结构的长度和宽度分别大于矩形微带馈线的长度和宽度，且差值是固定值0.15mm。
[0014]进一步的，所述BGA植球结构位于矩形微带馈线下表面，且接触面中心和馈电通孔与矩形微带馈线的接触面中心相对矩形微带馈线的长边中轴线对称。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]1、相控阵阵元直接通过BGA植球结构实现与射频前端的互连，具有损耗小、重量轻、低成本的特点。
[0017]2、相控阵阵元采用单层微带天线形式，结构简单，成本低，能有效降低天线在星载高低温交变环境下的失效风险，满足星载天线高可靠性要求。
[0018]3、相控阵阵元通过微带耦合线的近场耦合实现天线方向图的调整，半功率波束宽度拓展至大于95度，方向图在不同切面上均匀且对称辐射，满足星载相控阵阵元宽覆盖的要求。
[0019]4、相控阵阵元通过贴片边缘和内侧切矩形槽实现在工作带宽内良好的圆极化辐射，结构简单，满足星载天线圆极化特性要求。
附图说明
[0020]图1本专利技术一个实施例的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元的侧视图；
[0021]图2本专利技术一个实施例的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元的主视图；
[0022]图3本专利技术一个实施例的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元的仿真驻波比曲线；
[0023]图4本专利技术一个实施例的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元的仿真增益
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频率曲线；
[0024]图5本专利技术一个实施例的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元的仿真轴比
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频率曲线；
[0025]图6本专利技术一个实施例的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元的仿真半功率波束宽度
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频率曲线；
[0026]图7本专利技术一个实施例的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元中心频率在29GHz仿真的增益辐射方向图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0028]如图1和图2所示，一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元，包括辐射贴片1、微带耦合线2、介质层3和底部地板4。其中，所述辐射贴片1呈半径为1.1mm的圆形，辐射贴片边缘切4个尺寸为0.5mm*0.1mm的矩形缺口101、102、103、104，相对辐射贴片圆心呈中心对称位置。所述辐射贴片1内侧开长度为2.1mm、宽度为0.15mm的矩形槽11，矩形槽11的中心和辐射贴片1的圆心重合，且其长边中轴线与矩形缺口102中心和辐射贴片圆心的连线的夹角是45度。所述微带耦合线2包含8条尺寸为0.1mm*1.2mm的矩形微带条 21、22、23、24、25、26、27和28，其中每2条矩形微带条一端重叠呈直角布置于介质层3 正方形上表面的直角处，且矩形微带条的长边平行于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元，其特征在于：包括辐射贴片、微带耦合线、介质层和底部地板；所述辐射贴片位于介质层上表面的中心位置；所述微带耦合线位于介质层上表面的边缘；所述底部地板位于介质层下表面，且底部地板上设有矩形缝隙结构、矩形微带馈线和BGA植球结构；所述辐射贴片通过金属过孔和底部地板的矩形微带馈线相连；所述微带耦合线也通过金属过孔和底部地板的下表面相连。2.根据权利要求1所述的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元，其特征在于：所述辐射贴片呈圆形，辐射贴片边缘切4个矩形缺口，所述4个矩形缺口相对贴片圆心呈中心对称位置；所述辐射贴片内侧开矩形槽，所述矩形槽的槽宽为0.1mm～0.2mm，且矩形槽中心和贴片圆心重合。3.根据权利要求1所述的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元，其特征在于：所述4个矩形缺口中任意一个缺口的中心与贴片圆心之间的连线与贴片内侧矩形槽的长边中轴线所夹锐角为45度。4.根据权利要求1所述的一种适用于AOP毫米波相控阵的宽波束圆极化微带阵元，其特征在于：所述微带耦合线包含8条矩形微带条，每2条矩形微带条一端重叠呈直角布置于介质层正方形上表面的直角处；所述矩形微带条宽0.1mm，矩形微带条的长边平行于介质层边沿，且矩形微带条的长边与介质层边沿距离0.1mm。5.根据权利要求4所述的一种适用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：康湛毓，贺连星，费冬亮，魏晓黎，肖远明，梁广，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：
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