圆极化阵列天线制造技术

本发明专利技术提供了一种圆极化阵列天线，包括依次层叠设置的第一金属层、第一基板、第二金属层、第二基板、第三金属层、第三基板和第四金属层，第一金属层具有多个阵列设置且用于实现圆极化辐射特性的辐射贴片，第二基板上开设有多个耦合槽，且耦合槽贯穿第二金属层和第三金属层，耦合槽的内壁金属化且与第二金属层和第三金属层导通，耦合槽与辐射贴片一一正对设置，第三基板开设有与耦合槽连通的第一谐振腔，第一谐振腔的内壁金属化，第四金属层开设有与第一谐振腔连通的第一馈电口。本发明专利技术提供的圆极化阵列天线，可以大幅度减小因介质产生的介质损耗，从而可以提高天线的效率和增益。还实现高次模式谐振，从而可以在有限的尺寸内设计更多的辐射贴片，满足天线单元数量更多的阵列天线设计。线设计。线设计。

【技术实现步骤摘要】
圆极化阵列天线


[0001]本专利技术属于微波与电磁波
，更具体地说，是涉及一种圆极化阵列天线。

技术介绍

[0002]当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0～360
°
周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化，具有该性能的天线称为圆极化天线。阵列天线则是由多个相同的单个天线按照一定的规律排列组成。
[0003]圆极化阵列天线可采用如下两种方式对其进行馈电：第一种为采用极片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，简称SIW)和孔径耦合方式实现对阵列单元的馈电。然而，SIW技术作为一种新型的微波传输线形式，电磁波在其介质的传播过程中所存在的介质损耗不可避免，进而对于天线辐射效率和增益造成影响。而且，较低损耗的介质基材所带来的高昂的造价也是所应重点关注的问题；第二种是通过SIW功分馈电网络进行馈电，也无法避免电磁波在其介质的传播过程中存在较大的损耗，此外，对于此种馈电网络的馈电方式在一定程度上增加了天线的尺寸和基材的消耗，不利于天线的集成化。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的在于提供一种圆极化阵列天线，以解决现有技术中存在的介质损耗对天线效率和增益的影响较大、天线阵列尺寸较大的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种圆极化阵列天线，包括依次层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板，所述第一基板背向所述第二基板的一侧具有第一金属层，所述第一基板和所述第二基板之间具有第二金属层，所述第二基板和所述第三基板之间具有第三金属层，所述第三基板背向所述第二基板的一侧具有第四金属层，所述第一金属层具有多个阵列设置且用于实现圆极化辐射特性的辐射贴片，所述第二基板上开设有多个耦合槽，且所述耦合槽贯穿所述第二金属层和所述第三金属层，所述耦合槽的内壁金属化且与所述第二金属层和所述第三金属层导通，所述耦合槽与所述辐射贴片一一正对设置，所述第三基板开设有与所述耦合槽连通的第一谐振腔，所述第一谐振腔的内壁金属化，所述第四金属层开设有与所述第一谐振腔连通的第一馈电口。
[0006]可选地，所述第一谐振腔的谐振模式TE
mn
符合其中，所述第一谐振腔呈矩形，且所述第一谐振腔在x方向的长度为a，在y方向的长度为b，c是真空中的光速，ε
r
是所述第三基板的介电常数，f
c
为所述第一谐振腔的中心谐振频率，x方向和y方向相互平行。
[0007]可选地，所述耦合槽和所述辐射贴片的数量均为4，且辐射贴片排列为2
×
2的阵
列。
[0008]可选地，所述第一谐振腔为正方形，所述第一谐振腔的边长为14.4
±
0.5mm，且m为3，n为4。
[0009]可选地，所述第一馈电口的中心点位于所述第一谐振腔的中心线上。
[0010]可选地，相邻两个所述辐射贴片的中心之间的距离为λ，其中，λ为中心谐振频率对应的波长。
[0011]可选地，所述辐射贴片为圆形，所述辐射贴片在第一方向的两端均开设有狭缝结构，所述第一方向与所述狭缝结构的长度方向平行，所述耦合槽为长条形，所述第一方向与所述耦合槽的长度方向呈夹角设置。
[0012]可选地，所述第一方向与所述耦合槽的长度方向之间的夹角为75
±5°
。
[0013]可选地，所述辐射贴片的直径为0.54λ，所述狭缝结构的宽度为0.08λ*0.23λ，其中，λ为中心频率对应的波长。
[0014]可选地，所述圆极化阵列天线还包括依次层叠设置的第四基板、第五基板和第六基板，所述第四金属层设置于所述第四基板的背向所述第五基板一侧，所述第四基板和所述第五基板之间还设置有第五金属层，所述第五基板和所述第六基板之间还设置有第六金属层，所述第六基板背向所述第五基板的一侧还设置有第七金属层，所述第四基板上开设有第二馈电口，所述第二馈电口贯穿所述第五金属层设置，且所述第二馈电口和所述第一馈电口正对设置，所述第二馈电口的内壁金属化，所述第五基板具有与所述第二馈电口连通的第二谐振腔，所述第六基板上开设有与所述第二谐振腔连通的波导输入口，所述波导输入口的内壁金属化，所述圆极化阵列天线具有贯穿所述第四基板、第五基板和第六基板的法兰盘装配孔。
[0015]本专利技术提供的圆极化阵列天线的有益效果在于：与现有技术相比，本专利技术圆极化阵列天线包括依次层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板，第一基板的相对两侧分别具有第一金属层和第二金属层，第一金属层上具有多个用于实现圆极化辐射特性的辐射贴片，第二基板上开设有与各个辐射贴片对应设置的耦合槽，第三基板上开设有第一谐振腔。通过与第一谐振腔连通的第一馈电口进行馈电，第一谐振腔内产生谐振，然后通过耦合槽使电磁波传输至辐射贴片上，从而对辐射贴片进行馈电。由于第一谐振腔内为空气，因此可以大幅度减小因介质产生的介质损耗，从而可以提高天线的效率和增益。另外，可以通过对第一谐振腔的设计，实现高次模式谐振，在较小的尺寸范围内产生较多的电流零点，从而可以在有限的尺寸内设计更多的辐射贴片，对更多的辐射贴片进行馈电，满足天线单元数量更多的阵列天线设计。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的第一种圆极化阵列天线的爆炸结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例提供的第一金属层的主视图；
[0019]图3为本专利技术实施例提供的第二基板的主视图；
[0020]图4为本专利技术实施例提供的第二种圆极化阵列天线的爆炸结构图；
[0021]图5为本专利技术实施例提供的第二种圆极化阵列天线的剖视图；
[0022]图6为本专利技术实施例中第一谐振腔内的电场分布图；
[0023]图7为图4中天线的S
11
参数仿真和实验对比曲线图；
[0024]图8为图4中天线增益和辐射效率的仿真和实验对比曲线图；
[0025]图9为图4中天线仿真和实验的归一化方向图。
[0026]其中，图中各附图标记：
[0027]11
‑
第一基板；12
‑
第二基板；121
‑
耦合槽；13
‑
第三基板；131
‑
第一谐振腔；14
‑
第四基板；141
‑
第二馈电口；15
‑
第五基板；151
‑
第二谐振腔；16
‑
第六基板；161
‑
波导输入口；21
‑
第一金属层；21本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆极化阵列天线，其特征在于：包括依次层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板，所述第一基板背向所述第二基板的一侧具有第一金属层，所述第一基板和所述第二基板之间具有第二金属层，所述第二基板和所述第三基板之间具有第三金属层，所述第三基板背向所述第二基板的一侧具有第四金属层，所述第一金属层具有多个阵列设置且用于实现圆极化辐射特性的辐射贴片，所述第二基板上开设有多个耦合槽，且所述耦合槽贯穿所述第二金属层和所述第三金属层，所述耦合槽的内壁金属化且与所述第二金属层和所述第三金属层导通，所述耦合槽与所述辐射贴片一一正对设置，所述第三基板开设有与所述耦合槽连通的第一谐振腔，所述第一谐振腔的内壁金属化，所述第四金属层开设有与所述第一谐振腔连通的第一馈电口。2.如权利要求1所述的圆极化阵列天线，其特征在于：所述第一谐振腔的谐振模式TE
mn
符合其中，所述第一谐振腔呈矩形，且所述第一谐振腔在x方向的长度为a，在y方向的长度为b，c是真空中的光速，ε
r
是所述第三基板的介电常数，f
c
为所述第一谐振腔的中心谐振频率，x方向和y方向相互平行。3.如权利要求2所述的圆极化阵列天线，其特征在于：所述耦合槽和所述辐射贴片的数量均为4，且辐射贴片排列为2
×
2的阵列。4.如权利要求3所述的圆极化阵列天线，其特征在于：所述第一谐振腔为正方形，所述第一谐振腔的边长为14.4
±
0.5mm，且m为3，n为4。5.如权利要求4所述的圆极化阵列天线，其特征在于：所述第一馈电口的中心点位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁同禹，韩崇志，肖军，张谅，王孟于，
申请(专利权)人：集美大学，
类型：发明
国别省市：