CN105720357B - 一种圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种圆极化天线，所述圆极化天线包括介质基板、位于该介质基板顶层的第一金属镀层和底层的第二金属镀层，所述介质基板上还开设贯穿介质基板、第一金属镀层和第二金属镀层的第一排金属通孔和第二排金属通孔；所述第一金属镀层开设第一渐变缝隙，第二金属镀层开设第二渐变缝隙，两个渐变缝隙关于yoz平面对称，且位于两排金属通孔之间。本发明实施例中，所述圆极化天线沿渐变缝隙的电流在远场区产生x方向的电场，沿金属通孔的电流在远场区产生y方向的电场，且x方向的电场和y方向的电场的幅度相等，相位差为90度。因此，所述圆极化天线具有圆极化特性和较强的抗干扰能力。

Description

一种圆极化天线

技术领域

本发明涉及无线电通信技术领域，特别是涉及一种圆极化天线。

背景技术

随着无线通信的广泛应用，天线作为无线电设备中用来发射或接收电磁波的关键部件，受到了越来越多的关注。工作于60GHz频段的天线为毫米波天线，在超高速室内无线通信系统环境下工作时，地面、墙壁、室内家具会对电磁波造成反射，由此造成的多径干扰会导致信号严重的延迟失真，从而影响信号的传输。现有技术中，通常采用渐变缝隙天线来实现高频传输，渐变缝隙天线具有窄波瓣宽度和高增益特性，可以减小多径干扰。

常见的渐变缝隙天线包含介质基板、介质基板顶层的渐变缝隙层及介质基板底层的微带线馈电层。其工作过程如下：天线连接馈电设备后，电磁波信号通过馈电端口传输到微带线上；微带线将电磁波信号匹配至渐变缝隙层的渐变缝隙中；电磁波信号在渐变缝隙中沿渐变缝隙张开的方向传播，并在渐变缝隙的开口方向向外发送出去。

在电磁波信号传输过程中，电流产生的电场始终指向一个方向，因此，产生的电磁波呈现线极化特性，这使得天线无法接受到与发射方向垂直的线极化电磁波，这样的渐变缝隙天线抗干扰性较差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种圆极化天线，所述圆极化天线具有圆极化特性及较强的抗干扰性。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种圆极化天线。所述圆极化天线包括：介质基板、位于该介质基板顶层的第一金属镀层和位于该介质基板底层的第二金属镀层，其中，所述圆极化天线上开设有贯穿所述介质基板、第一金属镀层和第二金属镀层的第一排金属通孔和第二排金属通孔，其中所述第一排金属通孔中包括多个金属通孔，所述金属通孔的几何中心之间的连线与z轴平行，所述介质基板位于发射端的一条边为所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中对应的一对金属通孔外圆的切线，所述第一排金属通孔和第二排金属通孔关于yoz平面对称，所述第一排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心与所述第二排金属通孔中对应的每个金属通孔的几何中心之间的距离使所述圆极化天线中的电流在远场区产生的x方向的电场和y方向的电场的相位差为90度，其中坐标原点O为所述圆极化天线馈电端的中心点，x轴为所述介质基板的宽度方向，y轴为所述介质基板的厚度方向，z轴为所述介质基板的长度方向；

所述第一金属镀层开设有第一渐变缝隙，第二金属镀层开设有第二渐变缝隙，所述第一渐变缝隙和第二渐变缝隙关于yoz平面对称，且位于第一排金属通孔和第二排金属通孔之间；

所述第一渐变缝隙包含第一渐变缝隙左侧渐变线及第一渐变缝隙右侧渐变线，所述左侧渐变线及右侧渐变线的斜率使所述圆极化天线中的电流在远场区产生的x方向的电场和y方向的电场的幅度相等；所述第一渐变缝隙的一端与所述介质基板位于发射端的一条边重合，所述第一渐变缝隙的一端的宽度使所述第一渐变缝隙与所述圆极化天线在真空中的波阻抗匹配。

可选的，所述第一排金属通孔的长度和第二排金属通孔的长度与所述介质基板长度相同。

可选的，当所述第一排金属通孔的长度和第二排金属通孔的长度与所述介质基板长度不相同时，所述圆极化天线还包括：

第一金属镀层上位于馈电端的馈电结构。

可选的，所述馈电结构包括：

预设宽度的微带线和渐变微带线，其中所述微带线和渐变微带线关于yoz平面对称，其中，所述预设宽度是所述微带线的特性阻抗为50Ω时对应的微带线的宽度；

所述微带线的一端与所述介质基板位于馈电端的一条边重合，所述微带线的另一端与渐变微带线的一端连接，渐变微带线的另一端与所述第一排金属通孔和第二排金属通孔与所述发射端距离最远的一对对应通孔外圆的切线重合。

可选的，所述渐变微带线的形状为等腰梯形，上底位于所述金属通孔端，下底位于所述微带线端。

可选的，所述圆极化天线包括：左旋圆极化天线和右旋圆极化天线。

可选的，所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中每个金属通孔的内径位于0.15λ-0.2λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

可选的，所述第一排金属通孔中每两个相邻金属通孔的几何中心之间的距离在0.25λ-0.3λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

可选的，当第一排金属通孔位于z轴左侧时，所述第一金属镀层左侧渐变线与所述第一排金属通孔中每个金属通孔的几何中心之间的连线的最小垂直距离在0.2λ-0.3λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

可选的，所述圆极化天线的工作模式为：TE₁₀与TE₂₀模的混合模式。

本发明实施例提供了一种圆极化天线，包括介质基板、位于该介质基板顶层的第一金属镀层和位于该介质基板底层的第二金属镀层，通过在所述介质基板上开设有贯穿所述介质基板、第一金属镀层和第二金属镀层的第一排金属通孔和第二排金属通孔；所述第一金属镀层开设有第一渐变缝隙，第二金属镀层开设有第二渐变缝隙，其中所述第一渐变缝隙和第二渐变缝隙关于yoz平面对称，且位于第一排金属通孔和第二排金属通孔之间，使所述圆极化天线沿渐变缝隙的电流在远场区产生x方向的电场，沿金属通孔的电流在远场区产生y方向的电场，且x方向的电场和y方向的电场的幅度相等，相位差为90度。因此，所述圆极化天线具有圆极化特性和较强的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种圆极化天线的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种圆极化天线的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种圆极化天线的平面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种圆极化天线的回波损耗特性曲线；

图5a为本发明实施例提供的一种圆极化天线工作在57GHz，xoz平面的辐射方向图；

图5b为本发明实施例提供的一种圆极化天线工作在57GHz，yoz平面的辐射方向图；

图5c为本发明实施例提供的一种圆极化天线工作在60GHz，xoz平面的辐射方向图；

图5d为本发明实施例提供的一种圆极化天线工作在60GHz，yoz平面的辐射方向图；

图5e为本发明实施例提供的一种圆极化天线工作在64GHz，xoz平面的辐射方向图；

图5f为本发明实施例提供的一种圆极化天线工作在64GHz，yoz平面的辐射方向图；

图6a为本发明实施例提供的一种圆极化天线在+z方向的轴比随频率变化的曲线图；

图6b为本发明实施例提供的一种圆极化天线在+z方向各工作频率对应的圆极化增益示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体实施例，对发明进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种圆极化天线的立体结构示意图，如图1所示，所述圆极化天线由一块长方体形状的介质基板、位于介质基板顶层的第一金属镀层和位于介质基板底层的第二金属镀层构成。所述介质基板上开设有第一排金属通孔和第二排金属通孔两排金属通孔，所述金属通孔贯穿所述介质基板、第一金属镀层和第二金属镀层；

第一金属镀层开设有第一渐变缝隙，第二金属镀层开设有第二渐变缝隙，所述第一渐变缝隙和第二渐变缝隙位于所述介质基板的发射端，关于yoz平面对称，且位于第一排金属通孔和第二排金属通孔之间；所述第一渐变缝隙包含第一渐变缝隙左侧渐变线及第一渐变缝隙右侧渐变线；其中坐标原点O为所述圆极化天线馈电端的中心点，x轴为所述介质基板的宽度方向，y轴为所述介质基板的厚度方向，z轴为所述介质基板的长度方向。

在本发明实施例中，所述第一金属镀层和第二金属镀层均采用铜箔表面镀金，以防止铜箔氧化而影响天线的电性能及辐射性能；所述金属通孔的内壁中有金属镀层，由铜箔表面镀金构成。

所述圆极化天线通过馈电端连接馈电设备后，天线中的电流分布如图1所示，所述圆极化天线沿第一渐变缝隙和第二渐变缝隙的电流在远区场产生x方向的电场，沿金属通孔的电流在远区场产生y方向的电场。所述圆极化天线具有圆极化特性，也就是所述圆极化天线中的电流在远场区产生的x方向的电场和y方向的电场的幅度相等且相位差为90度。所述第一排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心与所述第二排金属通孔中对应的每个金属通孔的几何中心之间的距离，是所述圆极化天线中的电流在远场区产生的x方向的电场和y方向的电场的相位差为90度时对应的距离；所述第一渐变缝隙的左侧渐变线及右侧渐变线的斜率，是所述圆极化天线中的电流在远场区产生的x方向的电场和y方向的电场的幅度相等时对应的斜率；所述第一渐变缝隙和第二渐变缝隙的宽度沿z轴正方向逐渐增大，所述第一渐变缝隙宽度最大的一端与所述介质基板位于发射端的一条边重合，且所述最大宽度使所述第一渐变缝隙与所述圆极化天线在真空中的波阻抗匹配，从而保证所述圆极化天线正常工作；所述第一渐变缝隙的最小宽度大于0。

应用本发明实施例，所述圆极化天线，包括介质基板、位于该介质基板顶层的第一金属镀层和位于该介质基板底层的第二金属镀层，通过在所述介质基板上开设有贯穿所述介质基板、第一金属镀层和第二金属镀层的第一排金属通孔和第二排金属通孔；所述第一金属镀层开设有第一渐变缝隙，第二金属镀层开设有第二渐变缝隙，其中所述第一渐变缝隙和第二渐变缝隙关于yoz平面对称，且位于第一排金属通孔和第二排金属通孔之间，使所述圆极化天线沿渐变缝隙的电流在远场区产生x方向的电场，沿金属通孔的电流在远场区产生y方向的电场，且x方向的电场和y方向的电场的幅度相等，相位差为90度。因此，所述圆极化天线具有圆极化特性和较强的抗干扰能力。

在本发明的一个实施方式中，所述第一排金属通孔和第二排金属通孔的长度与所述介质基板的长度相同，也就是所述介质基板位于发射端的一条边为所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中对应的一对金属通孔外圆的切线，所述介质基板位于馈电端的一条边为所述所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中对应的另一对金属通孔外圆的切线。

如图1所示，所述圆极化天线包含的第一排金属通孔和第二排金属通孔的长度与所述介质基板的长度相同时，所述介质基板及两排金属通孔构成介质集成波导结构，介质集成波导结构是介于微带与波导之间的一种传输结构，同时具有微带频带宽和波导能够传输高频的优点，并且基于该结构的所述圆极化天线具有较小的体积，易于集成。

基于图1对应的实施例，在本发明的一个实施例中，当所述第一排金属通孔的长度和第二排金属通孔的长度与所述介质基板长度不相同时，所述圆极化天线还包括：第一金属镀层上位于馈电端的馈电结构。

所述馈电结构包括：

预设宽度的微带线和渐变微带线，其中所述微带线和渐变微带线关于yoz平面对称，其中，所述预设宽度是所述微带线的特性阻抗为50Ω时对应的微带线的宽度；

所述微带线的一端与所述介质基板位于馈电端的一条边重合，所述微带线的另一端与渐变微带线的一端连接，渐变微带线的另一端与所述第一排金属通孔和第二排金属通孔与所述发射端距离最远的一对对应通孔外圆的切线重合。

图2为本发明实施例提供的另一种圆极化天线的立体结构，如图2所示，所述圆极化天线中的第一排金属通孔和第二排金属通孔的长度小于所述介质基板的长度，此时，所述圆极化天线的馈电结构由微带线和渐变微带线构成。所述微带线的特性阻抗由微带线的宽度决定，选择特性阻抗为50Ω时对应的微带线的宽度，可以使所述圆极化天线与发射机的连接处没有反射，减小馈电损耗；所述渐变微带线一端连接50Ω微带线，一端连接金属通孔端的金属镀层，使两者在工作频段内实现阻抗匹配。

在本发明的一个实施例中，所述渐变微带线的形状为等腰梯形，上底位于所述金属通孔端，下底位于所述微带线端。

所述渐变微带线连接金属通孔端的金属镀层与微带线，其作用是使开有所述渐变缝隙的介质集成波导与微带线在工作频段实现阻抗匹配。所述渐变微带线的形状可以为梯形，或者以曲线形式的渐变形状，所述渐变微带线的形状可以根据需要进行选择。在本发明实施例中，为了便于加工，较佳的，所述渐变微带线的形状为等腰梯形。

所述圆极化天线可以为左旋圆极化天线，也可以为右旋圆极化天线。图1所示的为右旋圆极化天线。在所述圆极化天线中，所述第一渐变缝隙通过的电流在远区x方向产生电场，第二渐变缝隙中通过的电流也在远区x方向产生电场，二者在x方向的合成电场为第一合成电场；所述第一排金属通孔中通过的电流在远区y方向产生电场，第二排金属通孔中通过的电流也在远区y方向产生电场，二者在y方向的合成电场为第二合成电场；所述圆极化天线在远区产生的电场为第一合成电场和第二合成电场的合成电场。

具体的，所述左旋圆极化天线具有较好的左旋圆极化特性，所述右旋圆极化天线具有较好的右旋圆极化特性。

在所述右旋圆极化天线中，如图1所示，在四分之一介质波长处，通过所述第一渐变缝隙的电流与通过所述第二渐变缝隙的电流均取得最小值接近于零，第一合成电场可视为取得x方向的零点；通过所述第一排金属通孔的电流与所述第二排金属通孔的电流均取得最大值，且第二合成电场的方向为y的负方向(y的负方向如图1所示)；因此，在四分之一介质波长处，所述右旋圆极化天线在远区产生的电场的方向为y的负方向。在二分之一介质波长处，所述第一渐变缝隙右侧渐变缝隙斜率绝对值小于左侧渐变缝隙斜率绝对值，所述第二渐变缝隙左侧渐变缝隙斜率绝对值小于右侧渐变缝隙斜率绝对值，通过所述第一渐变缝隙的电流与通过所述第二渐变缝隙的电流均取得最大值，且第一合成电场的方向为x的负方向(x的正方向如图1所示)；通过所述第一排金属通孔的电流与所述第二排金属通孔的电流均取得最小值接近于零，第二合成电场可视为取得y方向的零点；因此，在二分之一介质波长处，所述右旋圆极化天线在远区产生的电场的方向为x的负方向。以此类推，在四分之三介质波长处，所述右旋圆极化天线在远区产生的电场的方向为y的正方向；在一个介质波长处，所述右旋圆极化天线在远区产生的电场的方向为x的正方向。这样，在一个介质波长内，所述右旋圆极化天线在远区产生的电场方向的变换顺序为y的负方向，x的负方向，y的正方向，x的正方向，电场的方向在0至360度范围内。并且，所述第一排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心和第二排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心之间的距离控制所述第一合成电场与第二合成电场的相位差，当第一合成电场与第二合成电场的相位差为90°，且所述第一合成电场超前所述第二合成电场，因此，所述圆极化天线具有较好的右旋圆极化特性。

在所述左旋圆极化天线天线中，在四分之一介质波长处，通过所述第一渐变缝隙的电流与所述第二渐变缝隙的电流均取得最小值接近于零，第一合成电场可视为取得x方向的零点；通过所述第一排金属通孔的电流与所述第二排金属通孔的电流均取得最大值，且第二合成电场的方向为y的负方向(y的负方向如图1所示)；因此，在四分之一介质波长处，所述左旋圆极化天线在远区产生的电场的方向为y的负方向。在二分之一介质波长处，所述第一渐变缝隙右侧渐变缝隙斜率绝对值小于左侧渐变缝隙斜率绝对值，所述第二渐变缝隙左侧渐变缝隙斜率绝对值小于右侧渐变缝隙斜率绝对值，通过所述第一渐变缝隙电流与通过所述第二渐变缝隙的电流均取得最大值，且第一合成电场的方向为x的正方向(x的正方向如图1所示)；通过所述第一排金属通孔的电流与所述第二排金属通孔的电流均取得最小值接近于零，第二合成电场可视为取得y方向的零点；因此，在二分之一介质波长处，所述左旋圆极化天线产生的电场的方向为x的正方向。以此类推，在四分之三介质波长处，所述左旋圆极化天线在远区产生的电场的方向为y的正方向；在一个介质波长处，所述左旋圆极化天线在远区产生的电场的方向为x的负方向。这样，在一个介质波长内，所述左旋圆极化天线在远区产生的电场方向的变换顺序为y的负方向，x的正方向，y的正方向，x的负方向，电场的方向在0至360度范围内。并且，所述第一排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心和第二排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心之间的距离控制所述第一合成电场与第二合成电场的相位差，当第一合成电场与第二合成电场的相位差为90°，且所述第一合成电场滞后所述第二合成电场，因此，所述圆极化天线具有较好的左旋圆极化特性。

在本发明的一个实施例中，所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中每个金属通孔的内径位于0.15λ-0.2λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

较佳的，当所述圆极化天线采用罗杰斯5880作为介质基板时，所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中每个金属通孔的内径为0.18λ。

在本发明的一个实施例中，所述第一排金属通孔中每两个相邻金属通孔的几何中心之间的距离在0.25λ-0.3λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

较佳的，当所述圆极化天线采用罗杰斯5880作为介质基板时，所述第一排金属通孔中每两个相邻金属通孔的几何中心之间的距离为0.27λ。

在本发明的一个实施例中，当第一排金属通孔位于z轴左侧时，所述第一金属镀层左侧渐变线与所述第一排金属通孔中每个金属通孔的几何中心之间的连线的最小垂直距离在0.2λ-0.3λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

较佳的，当所述圆极化天线采用罗杰斯5880作为介质基板时，当第一排金属通孔位于z轴左侧时，所述第一金属镀层左侧渐变线与所述第一排金属通孔中每个金属通孔的几何中心之间的连线的最小垂直距离为0.24λ。

在本发明的一个实施例中，所述圆极化天线的工作模式为：TE₁₀与TE₂₀模的混合模式。

所述圆极化天线的工作在以TE₁₀为主的TE₁₀与TE₂₀模的混合模式，此工作模式下，所述圆极化天线具有较好的圆极化特性。

图3为本发明实施例提供的一种圆极化天线的平面结构示意图，所述圆极化天线在第一金属镀层馈电端包含馈电结构，所述馈电结构包括渐变微带线和微带线，所述圆极化天线中第一排金属通孔、第二排金属通孔之间开设有第一渐变缝隙和第二渐变缝隙。第一渐变缝隙包括第一渐变缝隙左侧渐变线和第一渐变缝隙右侧渐变线；第二渐变缝隙包括第二渐变缝隙左侧渐变线和第二渐变缝隙右侧渐变线，具体见图3所示，所述第一渐变缝隙与第二渐变缝隙关于yoz平面对称；所述渐变微带线的形状为等腰梯形，所述微带线的宽度为微带线阻抗为50Ω时对应的宽度。

在本发明实施例中，如图3所示，所述圆极化天线的长度为32.3mm，宽度为40mm，高度为1.61mm，所述圆极化天线采用罗杰斯5880作为介质基板，该介质基板对应的介电常数为ε_r＝2.2，介质基板的厚度H＝1.57mm，介质基板的宽度W₆＝40mm，第一金属镀层和第二金属镀层的厚度为0.02mm，第一渐变缝隙的长度L₁＝10mm，第一排金属通孔的长度与第一渐变缝隙的长度的差值L₂＝5.3mm，渐变微带线的长度L₃＝12mm，微带线的长度L₄＝5mm，第一排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心与第二排金属通孔中对应的每个金属通孔的几何中心之间的距离w_siw＝6.6mm，第一排金属通孔中每个金属通孔的内径D＝0.6mm，第一排金属通孔中每两个相邻的金属通孔的几何中心之间的距离S＝0.9mm，第一渐变缝隙的最大宽度W₁＝5mm，第一渐变缝隙的一个边界点与第二渐变缝隙的一个边界点之间的距离W₂＝2.4mm，第一渐变缝隙的另一边界点与第二渐变缝隙的另一个边界点之间的距离W₃＝3.8mm，渐变微带线的上底宽度W₄＝2.4mm，微带线的宽度W₅＝6.8mm，所述圆极化天线的工作频段为57GHz-64GHz。

图4为图3对应的实施例所提供的一种圆极化天线的回波损耗特性曲线，图4中的横轴为工作频率，单位是GHz，纵轴为圆极化天线的回波损耗S(1,1)，单位是dB。从图4可以看出，在57-64GHz整个频段内，均满足S(1,1)<-10dB，说明在整个工作频段所述圆极化天线都有很好的匹配特性。

图5a和图5b分别为图3对应的实施例提供的一种圆极化天线工作在57GHz，xoz平面和yoz平面的辐射方向图；

图5c和图5d分别为图3对应的实施例提供的一种圆极化天线工作在60GHz，xoz平面和yoz的辐射方向图；

图5e和图5f分别为图3对应的实施例提供的一种圆极化天线工作在64GHz，xoz平面和yoz平面的辐射方向图。

图5a、图5c和图5e中包括左旋圆极化LHCP辐射方向和右旋圆极化RHCP辐射方向(具体如图对应所示)，由图5a、图5c和图5e可以看出，在xoz平面，当所述圆极化天线工作在57GHz、60GHz和64GHz时，所述圆极化天线的半功率波瓣宽度为35°，主极化强度比交叉极化强度高10dB；图5b、图5d和图5f中包括左旋圆极化LHCP辐射方向和右旋圆极化RHCP辐射方向(具体如图对应所示)，由图5b、图5d和图5f可以看出，在yoz平面，当所述圆极化天线工作在57GHz、60GHz和64GHz时，所述圆极化天线的半功率波瓣宽度为40°，主极化强度比交叉极化强度高18dB，可以看出所述圆极化天线具有较好的圆极化纯净度；同时，半功率波瓣宽度较窄，说明所述圆极化天线具有较好的方向性，能够有效地减小多径干扰。

图6a为图3对应的实施例提供的一种圆极化天线在+z方向的轴比随频率变化的曲线图，图6a中的横轴为工作频率，单位是GHz，纵轴为圆极化天线的轴比，单位是dB。从图6a可以看出，在57.4–58.6GHz和59.4–64.3GHz均满足轴比小于3dB，在整个57-64频段内轴比均小于4dB，说明所述圆极化天线具有宽频带的圆极化特性。

图6b为图3对应的实施例提供的一种圆极化天线在+z方向各工作频率对应的圆极化增益示意图，所述圆极化天线为右旋圆极化天线。图6b中的横轴为工作频率，单位是GHz，纵轴为圆极化天线的圆极化增益，单位是dBi，图中包含右旋圆极化增益曲线和左旋圆极化增益曲线，所述右旋圆极化增益曲线位于左旋圆极化增益曲线上方。从图6b可以看出，所述右旋圆极化天线在57-64GHz下右旋圆极化增益为6.85±0.62dBi，比左旋圆极化增益至少强了6.18dBi，说明该右旋圆极化天线具有较好的右旋圆极化特性。

需要说明的是，在图3对应的实施例提供的一种圆极化天线中，若第一渐变缝隙位于第一金属镀层上，第二渐变缝隙位于第二金属镀层，则此时，所述圆极化天线为右旋圆极化天线。若第一渐变缝隙位于第二金属镀层上，第二渐变缝隙位于第一金属镀层，此时，得到的圆极化天线就是左旋圆极化天线。

通过所述第一渐变缝隙的电流与通过所述第二渐变缝隙中的电流均在远区产生的x方向的电场，二者合成电场为第一合成电场；通过所述第一排金属通孔的电流和通过所述第二排金属通孔的电流均在远区产生y方向的电场，二者合成电场为第二合成电场。在实际应用时，可以根据需要，调整圆极化天线中的第一渐变缝隙中两条渐变线和第二渐变缝隙中两条渐变线的斜率，使所述第一合成电场的幅度与所述第二合成电场的幅度相等，调整圆极化天线中第一排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心和第二排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心之间的距离使所述第一合成电场的相位相对于所述第二合成电场的相位超前或滞后90度，得到对应的左旋圆极化天线或者右旋圆极化天线。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种圆极化天线，包括介质基板、位于该介质基板顶层的第一金属镀层和位于该介质基板底层的第二金属镀层，其特征在于，

所述圆极化天线上开设有贯穿所述介质基板、第一金属镀层和第二金属镀层的第一排金属通孔和第二排金属通孔，其中所述第一排金属通孔中包括多个金属通孔，所述金属通孔的几何中心之间的连线与z轴平行，所述介质基板位于发射端的一条边为所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中对应的一对金属通孔外圆的切线，所述第一排金属通孔和第二排金属通孔关于yoz平面对称，所述第一排金属通孔中的每个金属通孔的几何中心与所述第二排金属通孔中对应的每个金属通孔的几何中心之间的距离使所述圆极化天线中的电流在远场区产生的x方向的电场和y方向的电场的相位差为90度，其中坐标原点O为所述圆极化天线馈电端的中心点，x轴为所述介质基板的宽度方向，y轴为所述介质基板的厚度方向，z轴为所述介质基板的长度方向；

所述第一金属镀层开设有第一渐变缝隙，第二金属镀层开设有第二渐变缝隙，所述第一渐变缝隙和第二渐变缝隙关于yoz平面对称，且位于第一排金属通孔和第二排金属通孔之间；

所述第一渐变缝隙包含第一渐变缝隙左侧渐变线及第一渐变缝隙右侧渐变线，所述左侧渐变线及右侧渐变线的斜率使所述圆极化天线中的电流在远场区产生的x方向的电场和y方向的电场的幅度相等；所述第一渐变缝隙的宽度最大的一端与所述介质基板位于发射端的一条边重合，所述第一渐变缝隙的宽度最大的一端的宽度使所述第一渐变缝隙与所述圆极化天线在真空中的波阻抗匹配；

其中，所述圆极化天线通过馈电端连接馈电设备，在所述圆极化天线通过馈电端连接馈电设备后，所述圆极化天线沿第一渐变缝隙和第二渐变缝隙的电流在远区场产生x方向的电场，沿金属通孔的电流在远区场产生y方向的电场。

2.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一排金属通孔的长度和第二排金属通孔的长度与所述介质基板长度相同。

3.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，当所述第一排金属通孔的长度和第二排金属通孔的长度与所述介质基板长度不相同时，所述圆极化天线还包括：

第一金属镀层上位于馈电端的馈电结构。

4.根据权利要求3所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电结构包括：

预设宽度的微带线和渐变微带线，其中所述微带线和渐变微带线关于yoz平面对称，其中，所述预设宽度是所述微带线的特性阻抗为50Ω时对应的微带线的宽度；

所述微带线的一端与所述介质基板位于馈电端的一条边重合，所述微带线的另一端与渐变微带线的一端连接，渐变微带线的另一端与所述第一排金属通孔和第二排金属通孔与所述发射端距离最远的一对对应通孔外圆的切线重合。

5.根据权利要求3所述的圆极化天线，其特征在于，所述渐变微带线的形状为等腰梯形，上底位于所述金属通孔端，下底位于所述微带线端。

6.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述圆极化天线包括：左旋圆极化天线和右旋圆极化天线。

7.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一排金属通孔和第二排金属通孔中每个金属通孔的内径位于0.15λ-0.2λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

8.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一排金属通孔中每两个相邻金属通孔的几何中心之间的距离在0.25λ-0.3λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

9.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，当第一排金属通孔位于z轴左侧时，所述第一金属镀层左侧渐变线与所述第一排金属通孔中每个金属通孔的几何中心之间的连线的最小垂直距离在0.2λ-0.3λ范围内，其中，λ为真空中所述圆极化天线的中心频率对应的波长。

10.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述圆极化天线的工作模式为：TE₁₀与TE₂₀模的混合模式。