一种高增益毫米波圆极化阵列天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高增益毫米波圆极化阵列天线，由辐射体阵列、馈电网络、馈电探针构成。其中辐射体阵列包括第一介质基板、以及印制于第一介质基板上下侧面的第一金属层以及第二金属层，其中馈电网络包括第三介质基板、以及印制于第三介质基板上下侧面的第三金属层与第四金属层，辐射体阵列与馈电网络之间填充第二介质基板，馈电探针贯穿于三层介质基板并与第一金属层以及第四金属层相接。本实用新型专利技术设计了基于基片集成波导为馈电网络与传输线的毫米波圆极化天线，具有较高的增益与轴比带宽，能减少加工的复杂度的同时提高天线的性能稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高增益毫米波圆极化阵列天线
本技术属于天线
，涉及一种毫米波天线，特别涉及一种通过基片集成波导馈电网络馈电且辐射体与馈电网络之间通过金属板隔离的高增益毫米波圆极化阵列天线，可应用于移动通信的终端天线，家庭基站，及移动探测天线中。
技术介绍
随着现代无线通信技术的快速发展，特别是个人移动通信技术的发展，低频无线频谱资源逐渐枯竭。为实现高速宽带无线接入技术，势必需要开发高频无线频谱资源。毫米波(30～300GHz)由于其波长短，带宽宽，干扰小等优点，可有效地解决高速无线宽带无线接入技术中所面临的诸多问题，因此毫米波成为下一代移动通信(5G)及未来的移动通信的重要候选频段。为了更快的突破毫米波通信的关键技术，国内外关于毫米波通信的天线设计与实验也正如火如荼的进行。虽然毫米波天线的研究在国际上有一定的进展，但是毫米波圆极化阵列天线依然不多，其中的结构更是复杂，需要多层加工，势必需要更高的工艺，且工艺复杂所带来的加工误差也越大，那么性能也不稳定，同时复杂的结构与工艺不利于天线与器件的集成与产业化。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种高增益毫米波圆极化阵列天线。本技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种高增益毫米波圆极化阵列天线，包括四层金属层、三层介质基板、以及若干根馈电探针。三层介质基板依次分别为第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板。所述的第一介质基板的上侧面印制有第一金属层、下侧面印制有第二金属层，所述的第三介质基板的上侧面印制有第三金属层、下侧面印制有第四金属层，所述的第二介质基板位于所述的第二金属层和所述的第三金属层之间。其中，所述的第一金属层的一侧蚀刻有16个辐射单元，呈4*4阵列的方式排列。每个辐射单元均包括主辐射环、寄生辐射环、匹配圆环。所述的第二金属层印制于第一介质基板的下侧面，第二金属层一侧蚀刻16个第一圆孔。上述第一金属层、第二金属层以及第一介质基板构成辐射体阵列。其中，所述的第三金属层印制于第三介质基板的上侧面，第三金属层一侧蚀刻有16个第二圆孔；所述的第四金属层印制于第三介质基板的下侧面，第四金属层一侧蚀刻有矩形环状缝隙；所述的金属化盲孔嵌于第三介质基板中，一端与第三金属层相接，另一端与第四金属层相接。第二金属层与第三金属层之间填充有第二介质基板。16根馈电探针穿插于第一金属层与第四金属层之间。一端与主辐射环相接，并与匹配圆环同心，另一端与第四金属层相接。16根馈电探针分别穿过第二金属层的16个第一圆孔，并穿过第三金属层的16个第二圆孔。本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1)本技术由于第二金属层与第三金属层的隔离，很大程度上减少了馈电网络的辐射对辐射体单元的辐射影响。2)本技术通过馈电探针的方式直接馈电，相对于其他方式的耦合馈电，提高了天线的稳定性。3)本技术通过耦合单元将电磁波从矩形波导接头引入馈电网络中，该方式具有较好的阻抗带宽。4)本技术结合辐射体阵列，馈电网络与馈电传输线综合仿真，得到了性能优良且稳定的毫米波圆极化阵列天线。附图说明图1是本技术的整体结构示意图；图2是本技术的天线阵列的第一金属层；图3是本技术的辐射单元的俯视平面示意图；图4是本技术的天线阵列的第二金属层4；图5是本技术的天线阵列的第三金属层7；图6是本技术的天线阵列的第四金属层8；图7是本技术的天线结构侧视图；图8是本技术的阻抗带宽的仿真结果；图9是本技术的轴比仿真结果；图10是本技术的增益仿真结果；图11是本技术的xoz平面方向图；图12是本技术的yoz平面方向图；图中，附图标记为：1---主辐射环，2---寄生辐射环，3---馈电探针，4---第二金属层，5---第一介质基板，6---第三介质基板，7---第三金属层，8---第四金属层，9---金属化盲孔，10---匹配圆环，11---第一圆孔，12---第二圆孔，13---矩形缝隙，14---第二介质基板，15---圆形槽。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例如图1所示，本实施例设计了一种新型的高增益毫米波圆极化阵列天线，包括辐射体阵列、馈电网络、馈电探针3。其中，馈电探针为金属化过孔。如图2所示，辐射体阵列印制于第一金属层一侧，辐射体阵列包含16个辐射单元，呈4*4阵列的方式排列。如图3所示，每个辐射单元包含主辐射环1、寄生辐射环2、匹配圆环10。所述的主辐射环1与寄生辐射环2均为一开口环形微带，且寄生辐射环2位于主辐射环1的环内，为同环中心。匹配圆环10与主辐射环1一端相接。其中，开口环形微带的形状可为圆形、椭圆或任意多边形。如图4所示，第二金属层4一侧蚀刻16个相同大小的第一圆孔11。如图5所示，第三金属层7一侧蚀刻16个相同大小的第二圆孔12。分别位于第一金属层、第二金属层、第三金属层中的匹配圆环10、第一圆孔11与第二圆孔12的圆心位置重合。如图6所示，第四金属层8一侧蚀刻矩形环状缝隙13。该天线通过矩形波导馈电，需要通过该矩形环状缝隙13耦合电磁波到馈电网络中。所述的第三金属层7与第四金属层8之间填充第三介质基板6。金属化盲孔9，以及四个匹配金属化盲孔9a,9b,9c,9d嵌入第三介质基板6中，一端与第三金属层7相接，另一端与第四金属层8相接。如图7所示，第一金属层与第二金属层4之间填充第一介质基板5。所述的馈电探针3穿插于第一金属层与第四金属层之间，其一端与主辐射环1及匹配圆环10相接，另一端与第四金属层8相接。所述的馈电探针3穿过第二金属层4时经第一圆孔11，穿过第三金属层7时经第二圆孔12。所述的馈电探针3、匹配圆环10、第一圆孔11以及第二圆孔12在天线平面中具有相同的相对位置，且探针半径小于第一圆孔11与第二圆孔12。本技术毫米波圆极化天线阵列，通过外接矩形波导馈电，为固定矩形波导，在天线对应位置槽空四个同等大小的圆形槽15，通过对应大小的螺钉固定天线与矩形波导。其中，主辐射环的周长0.6λc～0.9λc，开口角度为40°～70°，线宽为0.01λc～0.03λc；寄生辐射环的周长0.4λc～0.7λc，开口角度为5°～35°，其内环绕环心旋转角度任意；其中，金属化盲孔与匹配金属化盲孔半径为0.01λc～0.03λc，间距为0.03λc～0.08λc，其中λc为该天线中心频率fc在自由空间中所对应波长。结合图2、图3、图4、图5、图6、图7的标注，本实施例中天线的具体参数如下：四层金属层与三层介质基板长宽尺寸均相同，为47*29mm，其中第一介质基板5厚度为1mm，为F4B材质，介电常数2.2；第二介质基板15厚度为0.2mm，为Rogers4350B，其介电常数为3.48；第三介质基板6厚度为0.635mm，为Rogers3010，其介电常数为10.2。第一金属层中，主辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高增益毫米波圆极化阵列天线，其特征在于，所述的天线包括依次设置的第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板和16根馈电探针，其中，所述的第一介质基板的上侧面印制有第一金属层、下侧面印制有第二金属层，所述的第三介质基板的上侧面印制有第三金属层、下侧面印制有第四金属层，所述的第二介质基板位于所述的第二金属层和所述的第三金属层之间；所述的第一金属层的一侧蚀刻有16个辐射单元，呈4*4阵列的方式排列，每个辐射单元均包括主辐射环、寄生辐射环、匹配圆环；所述的第二金属层的一侧蚀刻有16个第一圆孔，其中，第一金属层、第二金属层以及第一介质基板构成辐射体阵列；所述的第三金属层的一侧蚀刻有16个第二圆孔，所述的第四金属层一侧蚀刻有矩形环状缝隙，其中，第三金属层、第四金属层以及第三介质基板构成馈电网络，作为一分十六的功分器；所述的16根馈电探针穿插于第一金属层与第四金属层之间，每根馈电探针的一端分别与对应的主辐射环相接，并与对应的匹配圆环同心，另一端与第四金属层相接。

【技术特征摘要】
1.一种高增益毫米波圆极化阵列天线，其特征在于，所述的天线包括依次设置的第一介质基板、第二介质基板以及第三介质基板和16根馈电探针，其中，所述的第一介质基板的上侧面印制有第一金属层、下侧面印制有第二金属层，所述的第三介质基板的上侧面印制有第三金属层、下侧面印制有第四金属层，所述的第二介质基板位于所述的第二金属层和所述的第三金属层之间；所述的第一金属层的一侧蚀刻有16个辐射单元，呈4*4阵列的方式排列，每个辐射单元均包括主辐射环、寄生辐射环、匹配圆环；所述的第二金属层的一侧蚀刻有16个第一圆孔，其中，第一金属层、第二金属层以及第一介质基板构成辐射体阵列；所述的第三金属层的一侧蚀刻有16个第二圆孔，所述的第四金属层一侧蚀刻有矩形环状缝隙，其中，第三金属层、第四金属层以及第三介质基板构成馈电网络，作为一分十六的功分器；所述的16根馈电探针穿插于第一金属层与第四金属层之间，每根馈电探针的一端分别与对应的主辐射环相接，并与对应的匹配圆环同心，另一端与第四金属层相接。2.根据权利要求1所述的一种高增益毫米波圆极化阵列天线，其特征在于，分别位于第一金属层、第二金属层、第三金属层中的16个匹配圆环、第一圆孔与第二圆孔的圆心位置分别对应重合。3.根据权利要求2所述的一种高增益毫米波圆极化阵列天线，其特征在于，所述的16根馈电探针分别穿过第二金属层的16个第一圆孔，并穿过第三金属层的16个第二圆孔。4.根据权利要求1所述的一种高增益毫米波圆极化阵列天线，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李融林，赵志成，崔悦慧，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44