【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波器件领域，具体涉及一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线。
技术介绍
1、随着无线通信技术的不断发展，人们对传输速率的需求也在不断增长。毫米波频段(30-300ghz)具有频谱资源丰富、波长短、干扰小等优势，其超宽的带宽可以支持十几gbps的传输速率，尤其是在v波段和w波段，由于大气的低衰减特性，与其他低频段相比，相同的等效全向辐射功率(eirp)下可以传播更远的距离。天线作为电磁波收发装置，其性能好坏直接影响无线通信的质量和效率。圆极化天线具有抵抗多径干扰、降低极化损失等优点，在无线通信系统中得到了广泛的应用；另一方面，宽带天线在通信系统中能够大幅度提高通信系统的数据传输速率和信道容量，因此宽带圆极化天线在许多场景被应用，例如手持便携式设备、无线传感器和全球导航卫星系统等。
2、传统的圆极化微带天线结构简单，轴比带宽较窄，无法满足高传输速率和高信道容量的需求。目前，宽带圆极化天线有多种设计方法：一种普遍的方法是采用相位相差90°的馈电网络实现圆极化辐射，国外采用具有90°相移的威尔金森功率分配器实现左旋圆极化辐射，通过两个t形探针激励圆形块上的一对正交模，最终实现了具有7ghz的3db轴比带宽。或有采用90°顺序相位馈电的四端口馈电网络，实现了9ghz的3db轴比带宽，但用馈电的形式实现圆极化的需要复杂的馈电网络设计，而且需要多个连接端口，这就需要考虑馈电网络与天线不同端口之间的连接方式以及端口之间的互耦合效应，非常复杂。另一种普遍方法是采用具有宽带特性的交叉偶极子实现宽带圆极化设计，但是
3、还有一种被广泛认可的技术是使用宽缝隙结构实现宽带圆极化的设计，ellis采用偏置的微带馈线激励带有水平短截线的矩形缝隙，实现天线的圆极化辐射，产生了20百分比的轴比带宽，虽然该天线馈电简单，但是不易实现天线的小型化。
技术实现思路
1、为解决传统方法设计所存在的体积大、馈电结构复杂、轴比带宽窄等缺点，本专利技术提供一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线。
2、一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线包括由下至上依次连接的金属底板1、馈电结构、耦合结构、辐射结构、金属罩结构和同轴波导8；
3、所述金属底板1为矩形板；
4、所述馈电结构为矩形板状，包括由下至上依次连接的底层介质板2和金属馈电板3；金属馈电板3的一侧边处分别开设有第一方形缝37和第二方形缝38，且第一方形缝37和第二方形缝38对称位于馈电结构的中心线两侧；
5、设第一方形缝37和第二方形缝38对应的所述馈电结构的一侧边为x轴方向，与x轴方向垂直的馈电结构的一侧边为y轴方向；
6、所述金属馈电板3的中部开设有勺型缝与l型缝；
7、所述勺型缝由u形缝33与直线缝32依次连接构成；
8、所述u形缝33位于金属馈电板3的中部，且开口处对应着第一方形缝37一侧的金属馈电板3的一角，所述直线缝32的一端连接着u形缝33的一侧边端部，直线缝32的另一端贯通至第一方形缝37和第二方形缝38之间的金属馈电板3的边缘处；u形缝33的另一侧边中部连接着短直缝34，所述短直缝34垂直于直线缝32；
9、所述l型缝由长边缝36和短边缝35依次连接组成；长边缝36的端部贯通至第一方形缝37和第二方形缝38之间的金属馈电板3的边缘处，且长边缝36平行于直线缝32；长边缝36和直线缝32之间设有微带馈线31；短边缝35位于u形缝33的开口处，短边缝35和u形缝33构成半包围结构，短边缝35的端部与u形缝33的另一侧边端部之间呈开口状；
10、所述勺型缝中的u形缝33与l型缝中的短边缝35之间的相位差实现天线的圆极化；
11、所述微带馈线31的外部连接着同轴波导8的馈电管81；
12、所述耦合结构为矩形板状，包括由下至上依次连接的中层介质板4和金属耦合板5；耦合结构的一侧边处设有向内凹的耦合凹槽57，耦合凹槽57的中心线与金属馈电板3的中心线上下重合；
13、所述耦合凹槽57与金属馈电板3上的第一方形缝37和第二方形缝38上下对应；
14、与耦合凹槽57对应的金属耦合板5一侧边缘开设有耦合槽51，耦合槽51以耦合凹槽57的中心线为对称；
15、所述金属耦合板5的中部开设有圆形缝52，圆形缝52内中部设有四边形辐射块54；与耦合凹槽57对应的四边形辐射块54的一侧设有一对辐射条块，且一对辐射条块对称位于耦合凹槽57的中心线的两侧，一对辐射条块分别为第一辐射块53和第二辐射块56；四边形辐射块54的另一侧设有桥型辐射块55，桥型辐射块55以耦合凹槽57的中心线为对称；
16、所述辐射结构为矩形板状，包括由下至上依次连接的上层介质板6和金属辐射板7；
17、辐射结构的一侧边处设有向内凹的辐射凹槽74，以辐射凹槽57的中心线为对称中线；
18、所述金属辐射板7的中部开设有辐射缝，辐射缝由扇形缝71和矩形缝73连接构成，且对称于辐射凹槽57的中心线；扇形缝71的弦边连接着矩形缝73的一侧长边，扇形缝71和矩形缝73交接处设有八边形辐射块72，八边形辐射块72对称于辐射凹槽57的中心线；
19、设与辐射凹槽74对应平行的八边形辐射块72上的一侧边为底边722，设与矩形缝73对应平行的八边形辐射块72上的另一侧边为顶边721，所述底边722与顶边721平行，且底边的长度大于顶边的长度；
20、所述耦合结构上的耦合凹槽57和辐射结构上的辐射凹槽74上下对应，构成天线内部的一块空气盒子；
21、所述辐射缝外周的辐射结构上均布设有十个以上的金属柱10，十个以上的金属柱10贯穿辐射结构、耦合结构、馈电结构连接着金属底板1，实现从下至上的馈电模式；
22、所述金属罩结构由第一金属罩91和第二金属罩92构成合抱状；第一金属罩91固定设于矩形缝73一侧的金属辐射板7上，第二金属罩92固定设于辐射凹槽74一侧的金属辐射板7上；
23、第一金属罩91和第二金属罩92之间形成圆形的空腔槽95；
24、所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线的中心频率为77ghz，回波损耗在76～81ghz小于-10db，，阻抗带宽高于5ghz，轴比在76～81ghz小于3db；宽带圆极化毫米波天线为长方体，长宽高均小于1.5个波长。
25、进一步的技术方案如下：
26、馈电结构中限定的技术要求数据如下：
27、所述勺型缝中的直线缝32的缝宽为0.015～0.023个波长、缝长为0.602～0.679个波长，u形缝33的缝宽为0.0153～0.0408个波长、缝长为0.115～0.167个波长，短直缝34与u形缝33的另一侧边之间的夹角为100°～160°；短直缝34的缝宽为0.025-0.038个波长、缝长为0.11本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：包括由下至上依次连接的金属底板(1)、馈电结构、耦合结构、辐射结构、金属罩结构和同轴波导(8)；
2.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述勺型缝中的直线缝(32)的缝宽为0.015～0.023个波长、缝长为0.602～0.679个波长，U形缝(33)的缝宽为0.0153～0.0408个波长、缝长为0.115～0.167个波长，短直缝(34)与U形缝(33)的另一侧边之间的夹角为100°～160°；短直缝(34)的缝宽为0.025-0.038个波长、缝长为0.115～0.167个波长；
3.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述金属馈电板(3)上的第一方形缝(37)和第二方形缝(38)结构尺寸相同；长度为0.346～0.423个波长、宽度为0.153～0.231个波长，且沿X方向的外侧边距金属馈电板(3)边缘的边距为0.038～0.115个波长。
4.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的
5.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述耦合槽(51)的长度为0.166～0.217个波长、宽度为0.089～1.141个波长；耦合槽(51)的内侧边距离圆形缝(52)的圆心之间的垂直距离为0.448～0.5个波长。
6.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述辐射结构中的扇形缝(71)的半径为0.243～0.321个波长，矩形缝(73)的长度为0.371～0.474个波长、宽度为0.064～0.141个波长；
7.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述耦合结构上的耦合凹槽(57)和辐射结构上的辐射凹槽(74)均为矩形槽，且结构尺寸相同；长度为0.858～0.911个波长、宽度为0.192～0.243个波长。
8.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述八边形辐射块(72)上底边的长度为顶边的长度的三倍以上。
9.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：与第二金属罩(92)对应的第一金属罩(91)的内侧面为第一圆弧面(93)，与第一金属罩(91)对应的第二金属罩(92)的内侧面为第二圆弧面(94)，第二圆弧面(94)的面积大于第一圆弧面(93)的面积，且第二圆弧面(94)的面积小于半圆弧面；所述圆形的空腔槽(95)的圆心与金属柱(10)所围成的圆心重合。
10.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述辐射缝外周的辐射结构上均布设有十五个金属柱(10)，每个金属柱(10)的半径为0.023～0.038个波长，每个金属柱(10)的轴心与圆形缝(52)的圆心之间的间距为0.346～0.397个波长。
...【技术特征摘要】
1.一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：包括由下至上依次连接的金属底板(1)、馈电结构、耦合结构、辐射结构、金属罩结构和同轴波导(8)；
2.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述勺型缝中的直线缝(32)的缝宽为0.015～0.023个波长、缝长为0.602～0.679个波长，u形缝(33)的缝宽为0.0153～0.0408个波长、缝长为0.115～0.167个波长，短直缝(34)与u形缝(33)的另一侧边之间的夹角为100°～160°；短直缝(34)的缝宽为0.025-0.038个波长、缝长为0.115～0.167个波长；
3.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述金属馈电板(3)上的第一方形缝(37)和第二方形缝(38)结构尺寸相同；长度为0.346～0.423个波长、宽度为0.153～0.231个波长，且沿x方向的外侧边距金属馈电板(3)边缘的边距为0.038～0.115个波长。
4.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述耦合结构中的圆形缝(52)半径为0.294～0.346个波长；
5.根据权利要求1所述一种基于半包围型辐射缝隙的宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述耦合槽(51)的长度为0.166～0.217个波长、宽度为0.089～1.141个波长；耦合槽(51)的内侧边距离圆形缝(52)的圆心之间的垂直距离为0.448～0.5个波长...
【专利技术属性】
技术研发人员：桑磊，毕文龙，汪文韬，张胜，涂昊，黄文，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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