CN109088177B - 双圆极化波导阵列天线及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种双圆极化波导阵列天线及其制作方法，本申请主要是在基片集成波导阵列的各个基片集成波导上间隔布设有第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，其中，第一圆极化缝隙线阵包括沿着基片集成波导的长度方向的多个呈“＜”型的第一圆极化缝隙结构，第二圆极化缝隙线阵包括沿着基片集成波导的长度方向的多个呈“＞”型第二圆极化缝隙结构，利用第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，在电磁波馈入时产生双圆极化波，本申请双圆极化波导阵列天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的应用场景中。

Description

双圆极化波导阵列天线及其制作方法

技术领域

本申请涉及双圆极化波导阵列天线技术，特别是涉及一种工作于大气窗口频段、能产生双圆极化波的双圆极化波导阵列天线及其制作方法。

背景技术

圆极化波是指沿着传播方向看去，天线的辐射电场的轨迹随着时间在一个圆上旋转变化的辐射波。圆极化波是相对于线极化波而言的，线极化波是指电场随着时间在一条线上变化。和线极化波相比，圆极化波有很明显的优势。圆极化收发系统中的天线不再像线极化天线那样需要极化对准和极化匹配，否则将不能进行信号的传递。圆极化波对收发机天线本身的物理运动和电波传播过程中导致的极化旋转等变化不敏感，可以提高信道信号的可靠性与稳定性。因而具有双向圆极化波辐射特性的天线设计在以上无线通信系统中起着十分重要的作用。圆极化波按照旋向可以分为左旋圆极化波和右旋圆极化波。

一般地，实现圆极化天线有两种手段，一是在线极化天线的基础上，例如喇叭天线，添加单独的圆极化器，使得线极化波转换为圆极化波，并进行辐射，得到圆极化辐射场；另一种手段是，采用可以直接产生圆极化场的结构形式，例如螺旋天线，并满足辐射条件，实现圆极化辐射场。然而，前一种手段会使得天线至少具有两种独立结构，影响系统的可靠性和稳定性，后一种手段中的圆极化辐射结构通常较为复杂，对于小型化、紧凑性和集成度均带来挑战。

特别地，近些年，能够同时产生左旋圆极化波和右旋圆极化波的双圆极化天线也逐渐被相关研究人员所关注，然而，已知的相关双圆极化天线技术与结构而言，仍然存在着以下几个问题：1、天线增益普遍较低，很多双圆极化天线采用单个天线单元，很难做到较高增益。2、双圆极化阵列天线与电路的直接集成存在困难，尺寸不够紧凑，外形笨重。例如，利用传统金属波导结构实现双圆极化阵列天线，而这种结构想要实现与射频前端直接相连还存在一定的问题，且传统金属波导结构的集成度低及笨重等特点给使用上带来了一些限制。3、双圆极化天线的工作频率普遍不高，例如，大部分双圆极化天线结构适合工作频率低于30GHz的应用场景，尤其是低于20GHz的应用场景。

发明内容

鉴于以上所述相关技术的缺失，本申请的目的在于公开一种双圆极化波导阵列天线及其制作方法，用于解决相关技术中大部分双圆极化天线结构无法应用于毫米波频段的问题。

为实现上述目的及其他目的，本申请实施例公开一种双圆极化波导阵列天线，包括：

基片集成波导阵列，包括通过介质基片和形成于所述介质基片上的至少三排金属化过孔而形成的至少两个基片集成波导；所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面；所述至少三排金属化过孔通过任意相邻两排金属化过孔之间形成一布置区域的方式形成间隔设置的至少一第一布置区域和至少一第二布置区域；每一排金属化过孔中的多个金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向排列，每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2a，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；

至少一第一圆极化缝隙线阵，所述第一圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第一布置区域的上层金属面上的多个第一圆极化缝隙结构；相邻两个第一圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第一圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第一偏置斜缝，所述两个第一偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第一偏置斜缝与所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；

至少一第二圆极化缝隙线阵，所述第二圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第二布置区域的上层金属面上的多个第二圆极化缝隙结构；相邻两个第二圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第二圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第二偏置斜缝，所述两个第二偏置斜缝形成“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第二偏置斜缝与所述第二布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。

本申请实施例还公开一种双圆极化波导阵列天线的制作方法，包括：

提供介质基片，所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面；

在所述介质基片上制作至少三排金属化过孔以形成至少两个基片集成波导且通过所述至少三排金属化过孔形成间隔设置的至少一第一布置区域和至少一第二布置区域；其中，每一排金属化过孔中的多个金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向排列，每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2a，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；

在所述至少一第一布置区域和所述至少一第二布置区域上分别制作至少一第一圆极化缝隙线阵和至少一第二圆极化缝隙线阵；

其中，所述第一圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第一布置区域的上层金属面上的多个第一圆极化缝隙结构；相邻两个第一圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第一圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第一偏置斜缝，所述两个第一偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第一偏置斜缝与所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；

所述第二圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第二布置区域的上层金属面上的多个第二圆极化缝隙结构；相邻两个第二圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第二圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第二偏置斜缝，所述两个第二偏置斜缝形成“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第二偏置斜缝与所述第二布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。

基于上述技术方案，本申请实施例所公开的双圆极化波导阵列天线及其制作方法，在基片集成波导阵列的各个基片集成波导上间隔布设有第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，其中，第一圆极化缝隙线阵包括沿着基片集成波导的长度方向的多个呈“＜”型的第一圆极化缝隙结构，第二圆极化缝隙线阵包括沿着基片集成波导的长度方向的多个呈“＞”型第二圆极化缝隙结构，利用第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，在电磁波馈入时产生双圆极化波，本申请双圆极化波导阵列天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的应用场景中。

附图说明

图1显示为本申请圆极化波导阵列天线在一实施例中的结构示意图。

图2显示为图1中某一圆极化缝隙结构的示意图。

图3显示为图1所示的圆极化波导阵列天线的制作方法在一实施例中的流程示意图。

图4显示为本申请双圆极化波导阵列天线在一实施例中的结构示意图。

图5显示为图4中第一圆极化缝隙结构的示意图。

图6显示为图4中第二圆极化缝隙结构的示意图。

图7显示为图4所示的双圆极化波导阵列天线的制作方法在一实施例中的流程示意图。

图8显示为双圆极化波导阵列天线的轴比的变化示意图。

图9显示为双圆极化波导阵列天线的回波损耗的变化示意图。

图10显示为双圆极化波导阵列天线的总增益方向图。

图11显示为双圆极化波导阵列天线的双圆极化增益方向图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在以下描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一类型圆极化缝隙结构可以被称作第二类型圆极化缝隙结构，并且类似地，第二类型圆极化缝隙结构可以被称作第一类型圆极化缝隙结构，而不脱离各种所描述的实施例的范围。

请参阅图1，显示为本申请圆极化波导阵列天线在一实施例中的结构示意图。在此，需说明的是，图1仅为简略示意图，其重点在于介绍圆极化波导阵列天线的整体结构。如图1所示，本实施例中的圆极化波导阵列天线包括：基片集成波导和设于基片集成波导上的圆极化缝隙线阵。

我们知道，随着现代微波、毫米波技术的快速发展，微波、毫米波系统迅速向小型化、轻型化、高可靠性、多功能、低成本方向发展，传统的传输线如波导结构和微带型结构已经不能完全满足这些要求。波导结构能传输较大的功率，损耗较小，传输性能好，但是体积较大，不易实现与各种平面电路的集成；微带型结构(例如：微带线、带状线等)体积较小，易于集成，但是损耗较大，传输性能远远低于波导结构。而基片集成波导(SubstrateIntegrated Waveguide，SIW)是一种新型的微波传输结构，它既具有波导结构高品质因数、低损耗、以及相对较高的功率容量，又具有微带结构体积小、易于集成化的优点，因而基片集成波导传输结构可以在微波、毫米波设备中得到广泛应用。在本申请中，圆极化波导阵列天线就采用了基片集成波导。

如图1所示，所述基片集成波导包括介质基片11和形成于介质基片11上的双排金属化过孔。

介质基片11为一矩形介质基片。在本实施例中，介质基片11可进一步包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面，其中，所述中间介质基板以及分别位于所述中间介质基板相对两侧的所述上层金属面和所述下层金属面可通过热压方法结合为一体。在本实施例中，介质基片11选用的可以是由Rogers(罗杰斯)出品的

5880高频层压板(ε_r＝2.20，tanδ＝0.0009)，其厚度b为1.575毫米，但并不仅限于上述的数值，在实际应用中，介质基片11的厚度可为1.55毫米至1.60毫米(例如：1.55毫米、1.575毫米、1.60毫米、或1.55毫米至1.60毫米中的其他数值等)。另，

5880高频层压板是聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料，这些微纤维随机分布在材料内，为电路应用过程和电路生产过程提供了最大的强度增强。这些高频材料拥有同类材料最低的介电常数，其极低的介质损耗使得它们非常适用于要求最小化色散和损耗的高频、宽频段应用。

5880很容易被切割成需要的形状，同时它能抵抗蚀刻、镀通孔过程中使用的的所有溶液、试剂的侵蚀。

5880高频层压板具有加固聚四氟乙烯材料中最低的介质损耗、低吸湿率、各向同性、电气性能随频率变化极小。

所述双排金属化过孔沿着介质基片11的长度方向(如图1所示，即，沿y轴方向)而分列于介质基片11在宽度方向(如图1所示，即，沿x轴方向)上的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域。每一排金属化过孔具有依序排列的多个金属化过孔103，每一排金属化过孔中的多个金属化过孔103沿着介质基片11的长度方向排列。其中，每一个金属化过孔103贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，在实际应用中，金属化过孔103可通过在开设的贯穿上层金属面与下层金属面的过孔经电镀方法形成。另外，针对双排金属化过孔，请继续参阅1，d表示金属化过孔103的直径，s表示属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔103之间的圆心间距，a表示双排金属化过孔之间的间距(即，位于同一位置处分属于不同排金属化过孔中的两个金属化过孔103之间的圆心间距)，实质上，双排金属化过孔之间的间距a也就是形成的基片集成波导的宽度，b表示基片集成波导的厚度(即，前述中介质基片11的厚度)。在本实施例中，金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2a，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度，其中，宽度a主要决定于TE₁₀模的截频率。根据现有技术中基片集成波导与等效矩形波导TE₁₀模的试验拟合关系，可得到等效矩形波导的宽度a’与基片集成波导宽度a的关系如下：

a’＝a-1.08*d²/s+0.1*d²/a

因此，可先确定a’，再转换成基片集成波导的实际宽度a进行计算。

等效矩形波导的宽度a’的取值范围为：

中较大的一个，其中，λ_c为波导传输过程中主模的截止波长，λ为电磁波频率对应的介质波长。

以馈入的电磁波的中心频率f₀为35GHz为例，所述电磁波在自由空间内的波长

毫米，而选用的介质基片11的ε_r＝2.20(

5880)，如此，所述电磁波在介质基片11中的介质波长

毫米，a’的取值范围为

时，基片集成波导传输单模TE₁₀波。当a’取值为5.0毫米时，可求得基片集成波导的实际宽度a为5.4毫米。

波导波长λ_g：

毫米。

另外，金属化过孔103的直径d为0.60毫米，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔103之间的圆心间距s为0.90毫米。

在实际应用中，各个参数并不仅限于上述的数值，例如，基片集成波导的波导波长λ_g为7.0毫米至7.2毫米(例如：7.0毫米、7.05毫米、7.1毫米、7.15毫米、7.2毫米、或7.0毫米至7.2毫米中的其他数值等)，基片集成波导的宽度a为5.3毫米至5.5毫米(例如：5.3毫米、5.35毫米、5.4毫米、5.45毫米、5.5毫米、或5.3毫米至5.5毫米中的其他数值等)，金属化过孔103的直径d为0.58毫米至0.62毫米(例如：0.58毫米、0.59毫米、0.60毫米、0.61毫米、0.62毫米、或0.58毫米至0.62毫米中的其他数值等)，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔103之间的圆心间距s为0.88毫米至0.92毫米(例如：0.88毫米、0.89毫米、0.90毫米、0.91毫米、0.92毫米、或0.88毫米至0.92毫米中的其他数值等)。

圆极化缝隙线阵设于所述基片集成波导的布置区域内。在本实施例中，所述圆极化缝隙结构13设于介质基片11的布置区域的上层金属面上。在本实施例中，所述圆极化缝隙线阵包括多个圆极化缝隙结构13，这些个圆极化缝隙结构13沿着所述基片集成波导的长度方向设于上层金属面上。其中，每一个圆极化缝隙结构13均包括两个偏置斜缝131，这两个偏置斜缝互成一夹角，从而形成“＜”型圆极化缝隙结构。需说明的是，虽然在图1中，所示的形成的圆极化缝隙结构呈“＜”型，但并不以此为限，在其他实施例中，圆极化缝隙线阵中的圆极化缝隙结构也可呈“＞”型，即，形成“＞”型圆极化缝隙结构。

具体地，可参阅图2，显示为图1中某一圆极化缝隙结构的示意图。如图2所示，在本实施例中，相邻两个圆极化缝隙结构的间距L等于一个波导波长，即，满足：L＝λ_g，即，第一个圆极化缝隙结构中的第一个偏置斜缝131与第二个圆极化缝隙结构中的第一个偏置斜缝131的间距L＝λ_g，第一个圆极化缝隙结构中的第二个偏置斜缝131与第二个圆极化缝隙结构中的第二个偏置斜缝131的间距L＝λ_g。具体到圆极化缝隙结构中的偏置斜缝131，偏置斜缝131为长条状的矩形缝隙，其中，偏置斜缝131的长度为2.3毫米至3.0毫米(例如：2.3毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.7毫米、或2.3毫米至3.0毫米中的其他数值等)，偏置斜缝131的宽度为0.25毫米至0.35毫米(例如：0.25毫米、0.30毫米、0.35毫米、或0.25毫米至0.35毫米中的其他数值等)。每一个偏置斜缝131为倾斜设置，具体地，偏置斜缝131与所述基片集成波导的中心线P的偏转角度α₁(α₂)呈45°至50°(例如：45°、46°、47°、48°、49°、50°、或45°至50°中的其他数值等)。另外，圆极化缝隙结构13中的两个偏置斜缝131为非连接设置，两者为错落布设，即，如图2所示，同属于一个圆极化缝隙结构13中的两个偏置斜缝131为沿着沿介质基片11的长度方向前后设置。其中，属于同一个圆极化缝隙结构13中的两个偏置斜缝131的几何中心o₁、o₂沿介质基片11的长度方向上的间距(即，前后的间距d)为1.7毫米至1.9毫米(例如：1.7毫米、1.75毫米、1.80毫米、1.85毫米、1.90毫米、或1.7毫米至1.9毫米中的其他数值等)，且，偏置斜缝131的几何中心o₁、o₂至所述基片集成波导的中心线P的偏置距离O_S1、O_S2为1.13毫米至1.16毫米(例如：1.13毫米、1.14毫米、1.15毫米、1.16毫米、或1.13毫米至1.16毫米中的其他数值等)。其中，同属于一个圆极化缝隙结构13中的两个偏置斜缝131的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离可根据实际要求而有不同的设置，例如，在一种情形下，同属于一个圆极化缝隙结构13中的两个偏置斜缝131的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离相同，但并不以此为限，例如，在其他情形下，同属于一个圆极化缝隙结构13中的第一个偏置斜缝131的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个偏置斜缝131的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离不相同。如此，这两个非连接的且相对所述基片集成波导的中心线倾斜设置的偏置斜缝131就可互成一夹角，形成大致呈“＜”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＜”型圆极化缝隙结构)。

请参阅图3，显示为图1所示的圆极化波导阵列天线的制作方法在一实施例中的流程示意图。如图3所示，所述圆极化波导阵列天线的制作方法可包括如下步骤：

步骤S11，提供介质基片。

在本实施例中，提供的介质基片为一矩形介质基片，更包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面，其中，所述中间介质基板以及分别位于所述中间介质基板相对两侧的所述上层金属面和所述下层金属面可通过热压方法结合为一体。在本实施例中，介质基片选用的为Rogers(罗杰斯)出品的

5880高频层压板(ε_r＝2.20，tanδ＝0.0009)，其厚度b为1.575毫米，但并不仅限于上述的数值，在实际应用中，介质基片11的厚度可为1.55毫米至1.60毫米(例如：1.55毫米、1.575毫米、1.60毫米、或1.55毫米至1.60毫米中的其他数值等)。

5880高频层压板是聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料，这些微纤维随机分布在材料内，为电路应用过程和电路生产过程提供了最大的强度增强。这些高频材料拥有同类材料最低的介电常数，其极低的介质损耗使得它们非常适用于要求最小化色散和损耗的高频、宽频段应用。

5880很容易被切割成需要的形状，同时它能抵抗蚀刻、镀通孔过程中使用的的所有溶液、试剂的侵蚀。

5880高频层压板具有加固聚四氟乙烯材料中最低的介质损耗、低吸湿率、各向同性、电气性能随频率变化极小。

步骤S13，在介质基片上制作双排金属化过孔，形成基片集成波导。

在本实施例中，在所述介质基片上制作双排金属化过孔可通过开孔和电镀等方式完成，具体地，可先依设计在介质基片上开设贯穿介质基片的过孔，然后经电镀方法在所述过孔的孔壁上形成与上层金属面和下层金属面能电导通的金属覆层。

所述双排金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向而分列于所述介质基片的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域，每一排金属化过孔中的多个金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向排列，每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通。

另外，针对双排金属化过孔，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2a，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度，其中，宽度a主要决定于TE₁₀模的截频率。根据现有技术中基片集成波导与等效矩形波导TE₁₀模的试验拟合关系，可得到等效矩形波导的宽度a’与基片集成波导宽度a的关系如下：

a’＝a-1.08*d²/s+0.1*d²/a

因此，可先确定a’，再转换成基片集成波导的实际宽度a进行计算。

等效矩形波导的宽度a’的取值范围为：

中较大的一个，其中，λ_c为波导传输过程中主模的截止波长，λ为电磁波频率对应的介质波长。

以馈入的电磁波的中心频率f₀为35GHz为例，所述电磁波在自由空间内的波长

毫米，而选用的介质基片的ε_r＝2.20(

5880)，如此，所述电磁波在介质基片中的介质波长

毫米，a’的取值范围为

时，基片集成波导传输单模TE₁₀波。当a’取值为5.0毫米时，可求得基片集成波导的实际宽度a为5.4毫米。

波导波长λ_g：

毫米。

另外，所述金属化过孔的直径d为0.60毫米，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s为0.90毫米。

在实际应用中，各个参数并不仅限于上述的数值，例如，基片集成波导的波导波长λ_g为7.0毫米至7.2毫米(例如：7.0毫米、7.05毫米、7.1毫米、7.15毫米、7.2毫米、或7.0毫米至7.2毫米中的其他数值等)，基片集成波导的宽度a为5.3毫米至5.5毫米(例如：5.3毫米、5.35毫米、5.4毫米、5.45毫米、5.5毫米、或5.3毫米至5.5毫米中的其他数值等)，金属化过孔的直径d为0.58毫米至0.62毫米(例如：0.58毫米、0.59毫米、0.60毫米、0.61毫米、0.62毫米、或0.58毫米至0.62毫米中的其他数值等)，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s为0.88毫米至0.92毫米(例如：0.88毫米、0.89毫米、0.90毫米、0.91毫米、0.92毫米、或0.88毫米至0.92毫米中的其他数值等)。

步骤S15，在基片集成波导上制作多个圆极化缝隙结构，形成圆极化缝隙线阵。

在本实施例中，所述多个圆极化缝隙结构沿着所述介质基片的长度方向设置以形成圆极化缝隙线阵。另外，所述多个圆极化缝隙结构中的每一个包括两个互成一夹角的偏置斜缝，所述两个偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构。在步骤S15中，在基片集成波导上制作多个圆极化缝隙结构具体指的是在双排金属化过孔之间的布置区域的上层金属面上制作多个圆极化缝隙结构。在介质基片的上层金属面上形成多个圆极化缝隙结构可通过蚀刻工艺等完成，即，依设计对所述上层金属面进行蚀刻以形成偏置斜缝。

具体地，相邻两个圆极化缝隙结构的间距L等于一个波导波长，即，满足：L＝λ_g，即，第一个圆极化缝隙结构中的第一个偏置斜缝131与第二个圆极化缝隙结构中的第一个偏置斜缝131的间距L＝λ_g，第一个圆极化缝隙结构中的第二个偏置斜缝131与第二个圆极化缝隙结构中的第二个偏置斜缝131的间距L＝λ_g。

具体到圆极化缝隙结构中的偏置斜缝131，经蚀刻工艺形成的偏置斜缝为长条状的矩形缝隙，其中，偏置斜缝131的长度为2.3毫米至3.0毫米(例如：2.3毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.7毫米、或2.3毫米至3.0毫米中的其他数值等)，偏置斜缝131的宽度为0.25毫米至0.35毫米(例如：0.25毫米、0.30毫米、0.35毫米、或0.25毫米至0.35毫米中的其他数值等)。

每一个所述偏置斜缝为倾斜设置，具体地，所述偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°(例如：45°、46°、47°、48°、49°、50°、或45°至50°中的其他数值等)。另外，所述圆极化缝隙结构中的两个偏置斜缝为非连接设置，两者为错落布设，即，同属于一个圆极化缝隙结构中的两个偏置斜缝为沿着沿所述介质基片的长度方向前后设置。其中，属于同一个圆极化缝隙结构中的两个偏置斜缝的几何中心沿介质基片的长度方向上的间距(即，前后的间距)为1.7毫米至1.9毫米(例如：1.7毫米、1.75毫米、1.80毫米、1.85毫米、1.90毫米、或1.7毫米至1.9毫米中的其他数值等)，且，所述偏置斜缝的几何中心至基片集成波导的中心线的偏置距离为1.13毫米至1.16毫米(例如：1.13毫米、1.14毫米、1.15毫米、1.16毫米、或1.13毫米至1.16毫米中的其他数值等)，其中，同属于一个圆极化缝隙结构中的两个偏置斜缝的几何中心至基片集成波导的中心线的偏置距离可根据实际要求而有不同的设置，例如，在一种情形下，同属于一个圆极化缝隙结构中的两个偏置斜缝的几何中心至基片集成波导的中心线的偏置距离相同，但并不以此为限，例如，在其他情形下，同属于一个圆极化缝隙结构中的第一个偏置斜缝的几何中心至基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个偏置斜缝的几何中心至基片集成波导的中心线的偏置距离不相同。如此，这两个非连接的且相对基片集成波导的中心线倾斜设置的偏置斜缝就可互成一夹角，形成大致呈“＜”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＜”型圆极化缝隙结构)。

由上述方法制作完成的圆极化波导阵列天线，当电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入时会产生右旋圆极化波，当电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入时则会产生左旋圆极化波。

本申请在基片集成波导的上层金属面上制作形成了依序排列的圆极化缝隙结构，其中，每一个圆极化缝隙结构中包括两个互成一夹角的偏置斜缝，形成大致呈“＜”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＜”型圆极化缝隙结构)或大致呈“＞”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＞”型圆极化缝隙结构)，当电磁波馈入时，根据电磁波的馈入方向(电磁波的馈入方向是顺着两个偏置斜缝的夹角或是逆着两个偏置斜缝的夹角)，会在圆极化波导阵列天线形成相应的右旋圆极化波或左旋圆极化波(当电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入时会产生右旋圆极化波，当电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入时则会产生左旋圆极化波；当电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入时会产生左旋圆极化波，当电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入时则会产生右旋圆极化波)，该种天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的(例如，属于大气窗口频段的35GHz)应用场景中。

本申请实施例另公开一种双圆极化波导阵列天线，包括由至少两个基片集成波导组成的基片集成波导阵列以及在各个基片集成波导上间隔布设的第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，其中，第一圆极化缝隙线阵包括沿着基片集成波导的长度方向的多个呈“＜”型的第一圆极化缝隙结构，第二圆极化缝隙线阵包括沿着基片集成波导的长度方向的多个呈“＞”型第二圆极化缝隙结构，利用第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，在电磁波馈入时可产生双圆极化波，本申请双圆极化波导阵列天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的应用场景中。

请参阅图4，显示为本申请双圆极化波导阵列天线在一实施例中的结构示意图。在此，需说明的是，图4仅为简略示意图，其重点在于介绍双圆极化波导阵列天线的整体结构。在实际应用中，以前述图1中的圆极化波导阵列天线为基础，通过对前述图1中的圆极化波导阵列天线进行组合，可构成双圆极化波导阵列天线。

如图4所示，本实施例中的双圆极化波导阵列天线包括：基片集成波导阵列以及间隔排列于基片集成波导阵列上的至少一第一圆极化缝隙线阵和至少一第二圆极化缝隙线阵。

所述基片集成波导阵列，包括介质基片21和形成于介质基片21上的至少三排金属化过孔而形成的至少两个基片集成波导。

介质基片21可例如为一矩形介质基片。在本实施例中，介质基片21可进一步可包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面，其中，所述中间介质基板以及分别位于所述中间介质基板相对两侧的所述上层金属面和所述下层金属面可通过热压方法结合为一体。在本实施例中，介质基片21选用的为Rogers(罗杰斯)出品的

5880高频层压板(ε_r＝2.20，tanδ＝0.0009)，其厚度b为1.575毫米，但并不仅限于上述的数值，在实际应用中，介质基片21的厚度可为1.55毫米至1.60毫米(例如：1.55毫米、1.575毫米、1.60毫米、或1.55毫米至1.60毫米中的其他数值等)。

5880高频层压板是聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料，这些微纤维随机分布在材料内，为电路应用过程和电路生产过程提供了最大的强度增强。这些高频材料拥有同类材料最低的介电常数，其极低的介质损耗使得它们非常适用于要求最小化色散和损耗的高频、宽频段应用。

5880很容易被切割成需要的形状，同时它能抵抗蚀刻、镀通孔过程中使用的的所有溶液、试剂的侵蚀。

5880高频层压板具有加固聚四氟乙烯材料中最低的介质损耗、低吸湿率、各向同性、电气性能随频率变化极小。

每一排金属化过孔中的多个金属化过孔203沿着介质基片21的长度方向(沿y轴方向)排列。每一个金属化过孔203贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，在实际应用中，金属化过孔203可通过在开设的贯穿上层金属面与下层金属面的过孔经电镀方法形成。

另外，针对至少三排金属化过孔，请继续参阅4，d表示金属化过孔203的直径，s表示属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔203之间的圆心间距，a表示双排金属化过孔之间的间距(即，位于同一位置处分属于不同排金属化过孔中的两个金属化过孔203之间的圆心间距)，实质上，双排金属化过孔之间的间距a也就是形成的基片集成波导的宽度，b表示基片集成波导的厚度(即，前述中介质基片21的厚度)。在本实施例中，金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2a，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度，其中，宽度a主要决定于TE₁₀模的截频率。根据现有技术中基片集成波导与等效矩形波导TE₁₀模的试验拟合关系，可得到等效矩形波导的宽度a’与基片集成波导宽度a的关系如下：

a’＝a-1.08*d²/s+0.1*d²/a

因此，可先确定a’，再转换成基片集成波导的实际宽度a进行计算。

等效矩形波导的宽度a’的取值范围为：

中较大的一个，其中，λ_c为波导传输过程中主模的截止波长，λ为电磁波频率对应的介质波长。

以馈入的电磁波的中心频率f₀为35GHz为例，所述电磁波在自由空间内的波长

毫米，而选用的介质基片21的ε_r＝2.20(

5880)，如此，所述电磁波在介质基片21中的介质波长

毫米，a’的取值范围为

时，基片集成波导传输单模TE₁₀波。当a’取值为5.0毫米时，可求得基片集成波导的实际宽度a为5.4毫米。

波导波长λ_g：

毫米。

另外，金属化过孔203的直径d为0.60毫米，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔203之间的圆心间距s为0.90毫米。

在实际应用中，各个参数并不仅限于上述的数值，例如，基片集成波导的波导波长λ_g为7.0毫米至7.2毫米(例如：7.0毫米、7.05毫米、7.1毫米、7.15毫米、7.2毫米、或7.0毫米至7.2毫米中的其他数值等)，基片集成波导的宽度a为5.3毫米至5.5毫米(例如：5.3毫米、5.35毫米、5.4毫米、5.45毫米、5.5毫米、或5.3毫米至5.5毫米中的其他数值等)，金属化过孔203的直径d为0.58毫米至0.62毫米(例如：0.58毫米、0.59毫米、0.60毫米、0.61毫米、0.62毫米、或0.58毫米至0.62毫米中的其他数值等)，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔203之间的圆心间距s为0.88毫米至0.92毫米(例如：0.88毫米、0.89毫米、0.90毫米、0.91毫米、0.92毫米、或0.88毫米至0.92毫米中的其他数值等)。

特别地，在本实施例中，所述至少三排金属化过孔通过任意相邻两排金属化过孔之间形成一布置区域的方式形成间隔设置的至少一第一布置区域211和至少一第二布置区域213。例如，介质基片21上设有N排金属化过孔，那么，并排设置的这N排金属化过孔通过任意相邻两排金属化过孔之间形成一布置区域的方式可总共形成(N-1)个布置区域，其中，第一布置区域和第二布置区域间隔设置。

第一圆极化缝隙线阵布设于相应的第一布置区域211内。具体地，在本实施例中，所述第一圆极化缝隙线阵包括多个第一圆极化缝隙结构23，这些个第一圆极化缝隙结构23沿着所述基片集成波导的长度方向设于第一布置区域211的上层金属面上。其中，每一个第一圆极化缝隙结构23均包括两个第一偏置斜缝231，这两个第一偏置斜缝231互成一夹角，从而形成“＜”型圆极化缝隙结构。

具体地，可参阅图5，显示为图4中第一圆极化缝隙结构的示意图。如图5所示，在本实施例中，相邻两个第一圆极化缝隙结构的间距L等于一个波导波长，即，满足：L＝λ_g，即，第一个第一圆极化缝隙结构中的第一个第一偏置斜缝231与第二个第一圆极化缝隙结构中的第一个第一偏置斜缝231的间距L＝λ_g，第一个第一圆极化缝隙结构中的第二个第一偏置斜缝231与第二个第一圆极化缝隙结构中的第二个第一偏置斜缝231的间距L＝λ_g。具体到第一圆极化缝隙结构中的第一偏置斜缝231，第一偏置斜缝231为长条状的矩形缝隙，其中，第一偏置斜缝231的长度为2.3毫米至3.0毫米(例如：2.3毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.7毫米、或2.3毫米至3.0毫米中的其他数值等)，第一偏置斜缝231的宽度为0.25毫米至0.35毫米(例如：0.25毫米、0.30毫米、0.35毫米、或0.25毫米至0.35毫米中的其他数值等)。每一个第一偏置斜缝231为倾斜设置，具体地，第一偏置斜缝231与所述基片集成波导的中心线P的偏转角度α₁(α₂)呈45°至50°(例如：45°、46°、47°、48°、49°、50°、或45°至50°中的其他数值等)。另外，第一圆极化缝隙结构23中的两个第一偏置斜缝231为非连接设置，两者为错落布设，即，如图5所示，同属于一个第一圆极化缝隙结构23中的两个第一偏置斜缝231为沿着沿介质基片21的长度方向前后设置。其中，属于同一个第一圆极化缝隙结构23中的两个第一偏置斜缝231的几何中心o₁、o₂沿介质基片21的长度方向上的间距(即，前后的间距d)为1.7毫米至1.9毫米(例如：1.7毫米、1.75毫米、1.80毫米、1.85毫米、1.90毫米、或1.7毫米至1.9毫米中的其他数值等)，且，第一偏置斜缝231的几何中心o₁、o₂至所述基片集成波导的中心线P的偏置距离O_S1、O_S2为1.13毫米至1.16毫米(例如：1.13毫米、1.14毫米、1.15毫米、1.16毫米、或1.13毫米至1.16毫米中的其他数值等)。其中，同属于一个第一圆极化缝隙结构23中的两个第一偏置斜缝231的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离可根据实际要求而有不同的设置，例如，在一种情形下，同属于一个第一圆极化缝隙结构23中的两个第一偏置斜缝231的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离相同，但并不以此为限，例如，在其他情形下，同属于一个第一圆极化缝隙结构23中的第一个第一偏置斜缝231的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个第一偏置斜缝231的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离不相同。如此，这两个非连接的且相对所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线倾斜设置的第一偏置斜缝231就可互成一夹角，形成大致呈“＜”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＜”型圆极化缝隙结构)。在本实施例中，若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波。

第二圆极化缝隙线阵布设于相应的第二布置区域213内。具体地，在本实施例中，所述第二圆极化缝隙线阵包括多个第二圆极化缝隙结构25，这些个第二圆极化缝隙结构25沿着所述基片集成波导的长度方向设于第二布置区域213的上层金属面上。其中，每一个第二圆极化缝隙结构25均包括两个第二偏置斜缝251，这两个第二偏置斜缝251互成一夹角，从而形成“＞”型圆极化缝隙结构。

具体地，可参阅图6，显示为图4中第二圆极化缝隙结构的示意图。如图6所示，在本实施例中，相邻两个第二圆极化缝隙结构的间距L等于一个波导波长，即，满足：L＝λ_g，即，第一个第二圆极化缝隙结构中的第一个第二偏置斜缝251与第二个第二圆极化缝隙结构中的第一个第二偏置斜缝251的间距L＝λ_g，第一个第二圆极化缝隙结构中的第二个第二偏置斜缝251与第二个第二圆极化缝隙结构中的第二个第二偏置斜缝251的间距L＝λ_g。具体到第二圆极化缝隙结构中的第二偏置斜缝251，第二偏置斜缝251为长条状的矩形缝隙，其中，第二偏置斜缝251的长度为2.3毫米至3.0毫米(例如：2.3毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.7毫米、或2.3毫米至3.0毫米中的其他数值等)，第二偏置斜缝251的宽度为0.25毫米至0.35毫米(例如：0.25毫米、0.30毫米、0.35毫米、或0.25毫米至0.35毫米中的其他数值等)。每一个第二偏置斜缝251为倾斜设置，具体地，第二偏置斜缝251与所述基片集成波导的中心线P的偏转角度α₁(α₂)呈45°至50°(例如：45°、46°、47°、48°、49°、50°、或45°至50°中的其他数值等)。另外，第二圆极化缝隙结构25中的两个第二偏置斜缝251为非连接设置，两者为错落布设，即，如图6所示，同属于一个第二圆极化缝隙结构25中的两个第二偏置斜缝251为沿着沿介质基片21的长度方向前后设置。其中，属于同一个第二圆极化缝隙结构25中的两个第二偏置斜缝251的几何中心o₁、o₂沿介质基片21的长度方向上的间距(即，前后的间距d)为1.7毫米至1.9毫米(例如：1.7毫米、1.75毫米、1.80毫米、1.85毫米、1.90毫米、或1.7毫米至1.9毫米中的其他数值等)，且，第二偏置斜缝251的几何中心o₁、o₂至所述基片集成波导的中心线P的偏置距离O_S1、O_S2为1.13毫米至1.16毫米(例如：1.13毫米、1.14毫米、1.15毫米、1.16毫米、或1.13毫米至1.16毫米中的其他数值等)。其中，同属于一个第二圆极化缝隙结构25中的两个第二偏置斜缝251的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离可根据实际要求而有不同的设置，例如，在一种情形下，同属于一个第二圆极化缝隙结构25中的两个第二偏置斜缝251的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离相同，但并不以此为限，例如，在其他情形下，同属于一个第二圆极化缝隙结构25中的第一个第二偏置斜缝251的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个第二偏置斜缝251的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离不相同。如此，这两个非连接的且相对所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线倾斜设置的第二偏置斜缝251就可互成一夹角，形成大致呈“＞”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＞”型圆极化缝隙结构)。在本实施例中，若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。

本申请双圆极化波导阵列天线包括间隔排列的第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，其中，第一圆极化缝隙线阵中包括第一圆极化缝隙结构，第二圆极化缝隙线阵中包括第二圆极化缝隙结构，每一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝可构成“＜”型圆极化缝隙结构，每一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝可构成“＞”型圆极化缝隙结构，这样的话，对于本申请双圆极化波导阵列天线而言，“＜”型圆极化缝隙结构和“＞”型圆极化缝隙结构间隔设置。这样，当电磁波以第一方向(假设所述第一方向是指顺着“＜”型圆极化缝隙结构而逆着“＞”型圆极化缝隙结构的方向)馈入时，在带有“＜”型圆极化缝隙结构(即，第一圆极化缝隙结构)的第一圆极化缝隙线阵上形成右旋圆极化波，在带有“＞”型圆极化缝隙结构(即，第二圆极化缝隙结构)的第二圆极化缝隙线阵上形成左旋圆极化波。当电磁波以与第一方向相反的第二方向(假设所述第二方向是指逆着“＜”型圆极化缝隙结构而顺着“＞”型圆极化缝隙结构的方向)馈入时，在带有“＜”型圆极化缝隙结构(即，第一圆极化缝隙结构)的第一圆极化缝隙线阵上形成左旋圆极化波，在带有“＞”型圆极化缝隙结构(即，第二圆极化缝隙结构)的第二圆极化缝隙线阵上形成右旋圆极化波。如此，在双圆极化波导阵列天线上会间隔出现右旋圆极化波和左旋圆极化波的现象。该种天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的(例如，属于大气窗口频段的35GHz)应用场景中。

请参阅图7，显示为图4所示的双圆极化波导阵列天线的制作方法在一实施例中的流程示意图。如图7所示，所述双圆极化波导阵列天线的制作方法可包括如下步骤：

步骤S21，提供介质基片。

在本实施例中，提供的介质基片为一矩形介质基片，更包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面，其中，所述中间介质基板以及分别位于所述中间介质基板相对两侧的所述上层金属面和所述下层金属面可通过热压方法结合为一体。在本实施例中，介质基片选用的为Rogers(罗杰斯)出品的

5880高频层压板(ε_r＝2.20，tanδ＝0.0009)，其厚度b为1.575毫米，但并不仅限于上述的数值，在实际应用中，所述介质基片的厚度可为1.55毫米至1.60毫米(例如：1.55毫米、1.575毫米、1.60毫米、或1.55毫米至1.60毫米中的其他数值等)。

5880高频层压板是聚四氟乙烯玻璃纤维增强材料，这些微纤维随机分布在材料内，为电路应用过程和电路生产过程提供了最大的强度增强。这些高频材料拥有同类材料最低的介电常数，其极低的介质损耗使得它们非常适用于要求最小化色散和损耗的高频、宽频段应用。

5880很容易被切割成需要的形状，同时它能抵抗蚀刻、镀通孔过程中使用的的所有溶液、试剂的侵蚀。

5880高频层压板具有加固聚四氟乙烯材料中最低的介质损耗、低吸湿率、各向同性、电气性能随频率变化极小。

步骤S23，在介质基片上制作至少三排金属化过孔以形成至少两个基片集成波导且通过至少三排金属化过孔形成间隔设置的至少一第一布置区域和至少一第二布置区域。

在步骤S23中，在介质基片上制作至少三排金属化过孔，这样，一方面，介质基片及其上的至少三金属化过孔可构成一基片集成波导阵列，在所述基片集成波导阵列中包括了至少两个基片集成波导。另一方面，通过多排金属化过孔形成间隔设置的至少一第一布置区域和至少一第二布置区域。

每一排金属化过孔中的多个金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向排列，每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通。在本实施例中，在介质基片上制作金属化过孔可通过开孔和电镀等方式完成，具体地，可先依设计在介质基片上开设贯穿介质基片的过孔，然后经电镀方法在所述过孔的孔壁上形成与上层金属面和下层金属面能电导通的金属覆层。

针对至少三排金属化过孔，d表示金属化过孔的直径，s表示属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距，a表示双排金属化过孔之间的间距(即，位于同一位置处分属于不同排金属化过孔中的两个金属化过孔之间的圆心间距)，实质上，双排金属化过孔之间的间距a也就是形成的基片集成波导的宽度，b表示基片集成波导的厚度(即，前述中介质基片的厚度)。在本实施例中，金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2a，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度，其中，宽度a主要决定于TE₁₀模的截频率。根据现有技术中基片集成波导与等效矩形波导TE₁₀模的试验拟合关系，可得到等效矩形波导的宽度a’与基片集成波导宽度a的关系如下：

a’＝a-1.08*d²/s+0.1*d²/a

因此，可先确定a’，再转换成基片集成波导的实际宽度a进行计算。

等效矩形波导的宽度a’的取值范围为：

中较大的一个，其中，λ_c为波导传输过程中主模的截止波长，λ为电磁波频率对应的介质波长。

以馈入的电磁波的中心频率f₀为35GHz为例，所述电磁波在自由空间内的波长

毫米，而选用的介质基片的ε_r＝2.20(

5880)，如此，所述电磁波在介质基片中的介质波长

毫米，a’的取值范围为

时，基片集成波导传输单模TE₁₀波。当a’取值为5.0毫米时，可求得基片集成波导的实际宽度a为5.4毫米。

波导波长λ_g：

毫米。

另外，所述金属化过孔的直径d为0.60毫米，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s为0.90毫米。

在实际应用中，各个参数并不仅限于上述的数值，例如，基片集成波导的波导波长λ_g为7.0毫米至7.2毫米(例如：7.0毫米、7.05毫米、7.1毫米、7.15毫米、7.2毫米、或7.0毫米至7.2毫米中的其他数值等)，基片集成波导的宽度a为5.3毫米至5.5毫米(例如：5.3毫米、5.35毫米、5.4毫米、5.45毫米、5.5毫米、或5.3毫米至5.5毫米中的其他数值等)，金属化过孔的直径d为0.58毫米至0.62毫米(例如：0.58毫米、0.59毫米、0.60毫米、0.61毫米、0.62毫米、或0.58毫米至0.62毫米中的其他数值等)，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s为0.88毫米至0.92毫米(例如：0.88毫米、0.89毫米、0.90毫米、0.91毫米、0.92毫米、或0.88毫米至0.92毫米中的其他数值等)。

特别地，在本实施例中，所述至少三排金属化过孔通过任意相邻两排金属化过孔之间形成一布置区域的方式形成间隔设置的至少一第一布置区域和至少一第二布置区域。例如，所述介质基片上设有N排金属化过孔，那么，并排设置的这N排金属化过孔通过任意相邻两排金属化过孔之间形成一布置区域的方式可总共形成(N-1)个布置区域，其中，第一布置区域和第二布置区域间隔设置。

步骤S25，在至少一第一布置区域和至少一第二布置区域上分别制作至少一第一圆极化缝隙线阵和至少一第二圆极化缝隙线阵。

第一圆极化缝隙线阵布设于相应的第一布置区域内。在本实施例中，所述第一圆极化缝隙线阵包括多个第一圆极化缝隙结构，这些个第一圆极化缝隙结构沿着所述基片集成波导的长度方向设于第一布置区域的上层金属面上。每一个第一圆极化缝隙结构均包括两个第一偏置斜缝，这两个第一偏置斜缝互成一夹角，从而形成“＜”型圆极化缝隙结构。

具体地，相邻两个第一圆极化缝隙结构的间距L等于一个波导波长，即，满足：L＝λ_g，即，第一个第一圆极化缝隙结构中的第一个第一偏置斜缝与第二个第一圆极化缝隙结构中的第一个第一偏置斜缝的间距L＝λ_g，第一个第一圆极化缝隙结构中的第二个第一偏置斜缝与第二个第一圆极化缝隙结构中的第二个第一偏置斜缝的间距L＝λ_g。具体到第一圆极化缝隙结构中的第一偏置斜缝，所述第一偏置斜缝为长条状的矩形缝隙，其中，所述第一偏置斜缝的长度为2.3毫米至3.0毫米(例如：2.3毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.7毫米、或2.3毫米至3.0毫米中的其他数值等)，所述第一偏置斜缝的宽度为0.25毫米至0.35毫米(例如：0.25毫米、0.30毫米、0.35毫米、或0.25毫米至0.35毫米中的其他数值等)。每一个第一偏置斜缝为倾斜设置，具体地，所述第一偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线P的偏转角度α₁(α₂)呈45°至50°(例如：45°、46°、47°、48°、49°、50°、或45°至50°中的其他数值等)。另外，所述第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝为非连接设置，两者为错落布设，即，如图5所示，同属于一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝为沿着沿介质基片的长度方向前后设置。其中，属于同一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝的几何中心o₁、o₂沿介质基片的长度方向上的间距(即，前后的间距d)为1.7毫米至1.9毫米(例如：1.7毫米、1.75毫米、1.80毫米、1.85毫米、1.90毫米、或1.7毫米至1.9毫米中的其他数值等)，且，所述第一偏置斜缝的几何中心o₁、o₂至所述基片集成波导的中心线P的偏置距离O_S1、O_S2为1.13毫米至1.16毫米(例如：1.13毫米、1.14毫米、1.15毫米、1.16毫米、或1.13毫米至1.16毫米中的其他数值等)。其中，同属于一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离可根据实际要求而有不同的设置，例如，在一种情形下，同属于一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离相同，但并不以此为限，例如，在其他情形下，同属于一个第一圆极化缝隙结构中的第一个第一偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个第一偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离不相同。如此，这两个非连接的且相对所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线倾斜设置的第一偏置斜缝就可互成一夹角，形成大致呈“＜”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＜”型圆极化缝隙结构)。在本实施例中，若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波。

第二圆极化缝隙线阵布设于相应的第二布置区域内。在本实施例中，所述第二圆极化缝隙线阵包括多个第二圆极化缝隙结构，这些个第二圆极化缝隙结构沿着所述基片集成波导的长度方向设于第二布置区域的上层金属面上。每一个第二圆极化缝隙结构均包括两个第二偏置斜缝，这两个第二偏置斜缝互成一夹角，从而形成“＞”型圆极化缝隙结构。

具体地，在本实施例中，相邻两个第二圆极化缝隙结构的间距L等于一个波导波长，即，满足：L＝λ_g，即，第一个第二圆极化缝隙结构中的第一个第二偏置斜缝与第二个第二圆极化缝隙结构中的第一个第二偏置斜缝的间距L＝λ_g，第一个第二圆极化缝隙结构中的第二个第二偏置斜缝与第二个第二圆极化缝隙结构中的第二个第二偏置斜缝的间距L＝λ_g。具体到第二圆极化缝隙结构中的第二偏置斜缝，所述第二偏置斜缝为长条状的矩形缝隙，其中，所述第二偏置斜缝的长度为2.3毫米至3.0毫米(例如：2.3毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.7毫米、或2.3毫米至3.0毫米中的其他数值等)，所述第二偏置斜缝的宽度为0.25毫米至0.35毫米(例如：0.25毫米、0.30毫米、0.35毫米、或0.25毫米至0.35毫米中的其他数值等)。每一个第二偏置斜缝为倾斜设置，具体地，所述第二偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线P的偏转角度α₁(α₂)呈45°至50°(例如：45°、46°、47°、48°、49°、50°、或45°至50°中的其他数值等)。另外，所述第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝为非连接设置，两者为错落布设，即，如图6所示，同属于一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝为沿着沿介质基片21的长度方向前后设置。其中，属于同一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝的几何中心o₁、o₂沿介质基片21的长度方向上的间距(即，前后的间距d)为1.7毫米至1.9毫米(例如：1.7毫米、1.75毫米、1.80毫米、1.85毫米、1.90毫米、或1.7毫米至1.9毫米中的其他数值等)，且，所述第二偏置斜缝的几何中心o₁、o₂至所述基片集成波导的中心线P的偏置距离O_S1、O_S2为1.13毫米至1.16毫米(例如：1.13毫米、1.14毫米、1.15毫米、1.16毫米、或1.13毫米至1.16毫米中的其他数值等)。其中，同属于一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离可根据实际要求而有不同的设置，例如，在一种情形下，同属于一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离相同，但并不以此为限，例如，在其他情形下，同属于一个第二圆极化缝隙结构中的第一个第二偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个第二偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离不相同。如此，这两个非连接的且相对所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线倾斜设置的第二偏置斜缝就可互成一夹角，形成大致呈“＞”型的圆极化缝隙结构(以下简称为：“＞”型圆极化缝隙结构)。在本实施例中，若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。

由上述方法制作完成的双圆极化波导阵列天线，即，在基片集成波导阵列中的各个基片集成波导上制作形成了间隔排列的第一圆极化缝隙线阵和第二圆极化缝隙线阵，其中，第一圆极化缝隙线阵中包括第一圆极化缝隙结构，第二圆极化缝隙线阵中包括第二圆极化缝隙结构，每一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝可构成“＜”型圆极化缝隙结构，每一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝可构成“＞”型圆极化缝隙结构，这样的话，对于本申请双圆极化波导阵列天线而言，“＜”型圆极化缝隙结构和“＞”型圆极化缝隙结构间隔设置。这样，当电磁波以第一方向(假设所述第一方向是指顺着“＜”型圆极化缝隙结构而逆着“＞”型圆极化缝隙结构的方向)馈入时，在带有“＜”型圆极化缝隙结构(即，第一圆极化缝隙结构)的第一圆极化缝隙线阵上形成右旋圆极化波，在带有“＞”型圆极化缝隙结构(即，第二圆极化缝隙结构)的第二圆极化缝隙线阵上形成左旋圆极化波。当电磁波以与第一方向相反的第二方向(假设所述第二方向是指逆着“＜”型圆极化缝隙结构而顺着“＞”型圆极化缝隙结构的方向)馈入时，在带有“＜”型圆极化缝隙结构(即，第一圆极化缝隙结构)的第一圆极化缝隙线阵上形成左旋圆极化波，在带有“＞”型圆极化缝隙结构(即，第二圆极化缝隙结构)的第二圆极化缝隙线阵上形成右旋圆极化波。如此，在双圆极化波导阵列天线上会间隔出现右旋圆极化波和左旋圆极化波的现象。该种天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的(例如，属于大气窗口频段的35GHz)应用场景中。

以下以双圆极化波导阵列天线在一应用示例中的表现进行详细说明。

在该应用示例中，提供的双圆极化波导阵列天线包括8个第一圆极化缝隙线阵和8个第二圆极化缝隙线阵，其中，第一圆极化缝隙线阵与第二圆极化缝隙线阵间隔设置，且，第一圆极化缝隙线阵中包括依序排列16个第一圆极化缝隙结构，第二圆极化缝隙线阵中包括依序排列16个第二圆极化缝隙结构。在第一圆极化缝隙结构中，包括两个第一偏置斜缝，两个第一偏置斜缝构成“＜”型圆极化缝隙结构。在第二圆极化缝隙结构中，包括两个第二偏置斜缝，两个第一偏置斜缝构成“＞”型圆极化缝隙结构。这样，整个双圆极化波导阵列天线实质上通过作为第一圆极化缝隙结构的“＜”型圆极化缝隙结构和作为第二圆极化缝隙结构的“＞”型圆极化缝隙结构的组合构成一个16*16的双圆极化阵列结构。

我们作如下设定：每一个圆极化缝隙线阵中圆极化缝隙结构(包括第一圆极化缝隙结构或第二圆极化缝隙结构)中的各个偏置斜缝(包括第一偏置斜缝或第二偏置斜缝)的长度均不一致但其宽度则保持一致。

如下表一所示，显示为双圆极化波导阵列天线的某一个圆极化缝隙线阵(第一圆极化缝隙结构或第二圆极化缝隙结构)中各个偏置斜缝(第一偏置斜缝或第二偏置斜缝)的参数信息。

表一

在本应用示例中，可对上述16*16的双圆极化波导阵列天线在中心频率为35GHz(35GHz属于大气窗口频段)下进行电磁全波仿真，获得如下的各类具体参数：

请参阅图8，显示为上述16*16的双圆极化波导阵列天线的轴比的变化示意图。如图8所示，在35GHz附近区域(例如34.90GHz至35.10GHz的范围内)，天线的轴比低于12dB，特别是在35GHz处，天线的轴比低至2dB，实现了极佳的圆极化辐射。

请参阅图9，显示为上述16*16的双圆极化波导阵列天线的回波损耗的变化示意图。如图9所示，在35GHz附近区域，回波损耗在理想范围之内，小于13.5dB带宽较大。

请参阅图10，显示为上述16*16的双圆极化波导阵列天线的总增益方向图，可以看出，在方向图中央处，可获得较明显的增益。另外，由图10可知，增益在最右端，也即方向图后瓣处，其增益较之前副瓣，有较为明显升高，究其原因，应该是在阵列最右端未做负载吸收来波，导致电磁波反射回来而产生剩余能量耗散，致使后瓣变大。

请参阅图11显示为上述16*16的双圆极化波导阵列天线的双圆极化增益方向图。由图11可知，上述16*16的双圆极化波导阵列天线无论是针对右旋圆极化波还是针对左旋圆极化波，在主瓣处可获得较高的增益，而副瓣的增益较低，实现缝隙阵列天线的低副瓣特性，同时，在靠近主瓣的小范围内，副瓣电平近似相等，随后单调地减小，有利于提高天线方向性。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种双圆极化波导阵列天线，其特征在于，包括：

基片集成波导阵列，包括通过介质基片和形成于所述介质基片上的至少三排金属化过孔而形成的至少两个基片集成波导；所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面；所述至少三排金属化过孔通过任意相邻两排金属化过孔之间形成一布置区域的方式形成间隔设置的至少一第一布置区域和至少一第二布置区域；每一排金属化过孔中的多个金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向排列，每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2α，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，α为所述基片集成波导的宽度；

至少一第一圆极化缝隙线阵，所述第一圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第一布置区域的上层金属面上的多个第一圆极化缝隙结构；相邻两个第一圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第一圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第一偏置斜缝，所述两个第一偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第一偏置斜缝与所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；

至少一第二圆极化缝隙线阵，所述第二圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第二布置区域的上层金属面上的多个第二圆极化缝隙结构；相邻两个第二圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第二圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第二偏置斜缝，所述两个第二偏置斜缝形成“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第二偏置斜缝与所述第二布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；

且所述第一圆极化缝隙结构或第二圆极化缝隙结构中的第一偏置斜缝或第二偏置斜缝的长度均不一致但其宽度保持一致，且所述长度依次逐渐减小，同属于一个圆极化缝隙结构中的第一个偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离不相同；

所述基片集成波导的波导波长为7.1毫米，所述基片集成波导的宽度为5.4毫米，所述基片集成波导的厚度为1.575毫米，所述金属化过孔的直径为0.60毫米，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距为0.90毫米。

2.根据权利要求1所述的双圆极化波导阵列天线，其特征在于，所述第一偏置斜缝和所述第二偏置斜缝均为矩形缝隙，所述矩形缝隙的长度为2.3毫米至3.0毫米，所述矩形缝隙的宽度为0.25毫米至0.35毫米；属于同一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝的几何中心沿所对应的基片集成波导的长度方向上的间距为1.7毫米至1.9毫米，所述第一偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离为1.13毫米至1.16毫米；属于同一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝的几何中心沿所对应的基片集成波导的长度方向上的间距为1.7毫米至1.9毫米，所述第二偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离为1.13毫米至1.16毫米。

3.一种双圆极化波导阵列天线的制作方法，其特征在于，包括：

提供介质基片，所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面；

在所述介质基片上制作至少三排金属化过孔以形成至少两个基片集成波导且通过所述至少三排金属化过孔形成间隔设置的至少一第一布置区域和至少一第二布置区域；其中，每一排金属化过孔中的多个金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向排列，每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λ_g，s＜2d，d＜0.2a，其中，λ_g为所述基片集成波导的波导波长，α为所述基片集成波导的宽度；

在所述至少一第一布置区域和所述至少一第二布置区域上分别制作至少一第一圆极化缝隙线阵和至少一第二圆极化缝隙线阵；

其中，所述第一圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第一布置区域的上层金属面上的多个第一圆极化缝隙结构；相邻两个第一圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第一圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第一偏置斜缝，所述两个第一偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第一偏置斜缝与所述第一布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；

所述第二圆极化缝隙线阵包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述第二布置区域的上层金属面上的多个第二圆极化缝隙结构；相邻两个第二圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λ_g；所述多个第二圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的第二偏置斜缝，所述两个第二偏置斜缝形成“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述第二偏置斜缝与所述第二布置区域所在的基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；

且所述第一圆极化缝隙结构或第二圆极化缝隙结构中的第一偏置斜缝或第二偏置斜缝的长度均不一致但其宽度保持一致，且所述长度依次逐渐减小，同属于一个圆极化缝隙结构中的第一个偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离与第二个偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离不相同；

所述基片集成波导的波导波长为7.1毫米，所述基片集成波导的宽度为5.4毫米，所述基片集成波导的厚度为1.575毫米，所述金属化过孔的直径为0.60毫米，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距为0.90毫米。

4.根据权利要求3所述的双圆极化波导阵列天线的制作方法，其特征在于，在所述至少一第一布置区域和所述至少一第二布置区域上分别制作至少一第一圆极化缝隙线阵和至少一第二圆极化缝隙线阵，包括：对所述至少一第一布置区域的上层金属面和所述至少一第二布置区域的上层金属面进行蚀刻以分别形成第一偏置斜缝和第二偏置斜缝，以两个第一偏置斜缝为一组构成一个第一圆极化缝隙结构，以两个第二偏置斜缝为一组构成一个第二圆极化缝隙结构；所述第一偏置斜缝和所述第二偏置斜缝均为矩形缝隙，所述矩形缝隙的长度为2.3毫米至3.0毫米，所述矩形缝隙的宽度为0.25毫米至0.35毫米；属于同一个第一圆极化缝隙结构中的两个第一偏置斜缝的几何中心沿所对应的基片集成波导的长度方向上的间距为1.7毫米至1.9毫米，所述第一偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离为1.13毫米至1.16毫米；属于同一个第二圆极化缝隙结构中的两个第二偏置斜缝的几何中心沿所对应的基片集成波导的长度方向上的间距为1.7毫米至1.9毫米，所述第二偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离为1.13毫米至1.16毫米。

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