CN109888511A - 一种圆极化微带平板天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆极化微带平板天线，属于天线领域，包括微带阵列天线、第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第一金属层、第二金属层、第三金属、层波导层、微带线‑波导过渡器。微带阵列天线包括N个结构完全相同的天线单元，每个天线单元包括四个相同的金属矩形贴片，通过额外的金属条将处于对角线位置的一对贴片连接起来，在每个金属贴片与第一介质基板上设置有垂直金属通孔；本发明的天线实现了天线与有源器件的异面结构，减少了馈线的损耗及干扰，降低了有源网络对天线的影响，具有体积小、成本低、高增益、高隔离度等优点。
Description
技术领域
本发明属于天线领域，具体为车载雷达所用的一种圆极化微带平板天线。
背景技术
天线按照极化特性可分为线极化、圆极化和椭圆极化三种，其中线极化天线被应用最广泛。相较于线极化天线，圆极化天线拥有抗干扰、防雨雾、抗衰减的优点，且收发天线间不需要满足严格的方向性。这些优点使得对圆极化天线的研究得到了人们的极大重视。
与其他形式的天线相比，微带阵列天线由于剖面低、体积小、易共形，易获得圆极化特性而被广泛采用。实现微带圆极化的原理是在辐射贴片与反射板之间激励两个极化方向正交的、幅度相等、相位相差90°的线极化波，其中单馈点法存在轴比带宽窄的缺点，多馈点法的馈电网络结构复杂，在高频段损耗较大，因此现有的技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种具有高增益、小体积、收发隔离度高、成本低、稳定可靠等优点的圆极化微带平板天线。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种圆极化微带平板天线，有微带阵列天线、第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板、第一金属层、第二金属层、第三金属层、波导层、微带线-波导过渡器、功分器。
所述第一介质基板、第一金属层、第二介质基板、第二金属层、波导层、第三金属层、第三介质基板从上至下依次叠加，第一介质基板上远离第一金属层的一侧设置微带阵列天线，微带阵列天线与第一介质基板上设置有垂直金属通孔，第一金属层上设置缝隙；第二介质基板上设置金属化通孔形成功分器，第二金属层上设置缝隙；第三介质基板上远离第三金属层的一侧设置接地板和馈线；
所述微带线-波导过渡器包括接地板、第三介质基板、第三金属层和辐射贴片。
第三介质基板和波导层通过微带线-波导过渡器的辐射贴片进行能量传输，第二介质基板和波导层通过第二金属层上设置的缝隙进行能量传输，微带阵列天线和第一介质基板通过第一金属层上设置的缝隙进行能量传输。
进一步地，所述微带阵列天线包括结构相同的N个天线单元。
进一步地，所述微带阵列天线中每个天线单元包括4个相同的金属矩形贴片，4个贴片呈两两等间距分布，间距为l，其中一对处于对角线位置的贴片通过金属条相连；
进一步地，天线单元的每一个贴片和第一介质基板都设置有一个垂直金属通孔。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：通过将微带线-波导过渡器与波导相连，实现了天线与有源器件的异面结构，减少了馈线的损耗及干扰，降低了有源网络对天线的影响；采用方形微带贴片，并对结构进行改进，在有限的体积内实现高增益、高隔离度的天线结构，具有低成本、小体积、高性能的优点。
附图说明
图1为本发明圆极化微带平板天线的三维立体图。
图2为本发明圆极化微带平板天线的截面结构示意图。
图3为本发明圆极化微带平板天线的详细结构图。其中，图(a)为第一介质基板(S1)上方的微带阵列天线1的结构，图(b)为第一介质基板(S1)上的结构，图(c)为第一金属层(M1)上的结构，图(d)为第二介质基板(S2)上的结构，图(e)为第二金属层(M2)上的结构，图(f)为波导层(2)的结构，图(g)为第三金属层(M3)上的结构，图(h)为第三介质基板(S3)上的结构，图(i)为第三介质基板(S3)下方的微带馈线结构。
图4为本发明圆极化微带平板天线的微带线-波导过渡器(T)的详细结构图。
图5为本发明实施例中圆极化微带平板天线的任意一个天线单元的参数示意图。
图6为本发明实施例中圆极化微带平板天线的三维波束方向图。
图7为本发明实施例中圆极化微带平板天线的二维波束方向图。
图8为本发明实施例中圆极化微带平板天线的轴比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1、图2，本发明一种圆极化微带平板天线，有微带阵列天线1、第一介质基板S1、第二介质基板S2、第三介质基板S3、第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3、波导层2、微带线-波导过渡器T、功分器D。
结合图3，第一介质基板S1、第一金属层M1、第二介质基板S2、第二金属层M2、波导层2、第三金属层M3、第三介质基板S3从上至下依次叠加，第一介质基板S1上远离第一金属层M1的一侧设置微带阵列天线1，微带阵列天线1与第一介质基板S1上设置有垂直金属通孔，第一金属层M1上设置缝隙；第二介质基板上设置金属化通孔形成功分器D，第二金属层M2上设置缝隙；第三介质基板S3上远离第三金属层M3的一侧设置接地板G和馈线。
结合图4，微带线-波导过渡器T2包括接地板G、第三介质基板S3、第三金属层M3和辐射贴片P。
第三介质基板S3和波导层2通过微带线-波导过渡器T的辐射贴片P进行能量传输，第二介质基板S2和波导层2通过第二金属层M2上设置的缝隙进行能量传输，微带阵列天线1和第一介质基板S1通过第一金属层M1上设置的缝隙进行能量传输。
进一步地，微带阵列天线1包括结构相同的N个天线单元。
进一步地，微带阵列天线1中每个天线单元包括4个相同的金属矩形贴片，4个贴片呈两两等间距分布，间距为l，其中一对处于对角线位置的贴片通过金属条相连；
进一步地，天线单元的每一个贴片和第一介质基板S1都设置有一个垂直金属通孔。
优选地，N＝4，l＝0.05mm～0.15mm。
优选地，第一介质基板S1、第二介质基板S2和第三介质基板S3的型号为Rogers3003，其厚度为127μm。
优选地，微带阵列天线1、第一金属层M1、第二金属层M2、第三金属层M3和波导层2的方孔内壁的材质均为铜；所述微带阵列天线1、第一金属层M1、第二金属层M2和第三金属层M3的厚度为18μm，波导层2的高度为0.5mm～2mm。
优选地，微带线-波导过渡器T的通孔直径为0.15～0.3mm，通孔间间距为0.2mm～0.4mm；功分器D的通孔直径为0.3～0.5mm，通孔间间距为0.5～0.7mm；微带阵列天线1和第一介质基板S1上的通孔直径为0.2～0.3mm。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本发明实施例中天线的中心频率为77GHz。
结合图1、图2和图4，本实施例中微带线-波导过渡器T中通孔直径为0.2mm,通孔间间距为0.33mm。功分器D中通孔直径为0.4mm，通孔间间距为0.6mm。微带阵列天线1和第一介质基板S1上的通孔直径为0.25mm。
结合图1、图2和图5，本实施例中微带阵列天线1中每个天线单元的具体参数如下：a1＝a2＝0.8mm,b1＝b2＝0.09mm,c1＝0.71mm,c2＝0.75mm,d＝0.1mm。
本实施例中第一金属层M1的方孔的长度为1.5mm，宽度为0.24mm；第二金属层的M2的方孔的长度为1mm,宽度为0.75mm；第三金属层M3的方孔的长度为2.54mm，宽度为1.27mm。
结合图3c,本实施例中第三金属层M3中方孔中央放置的辐射贴片的长度为2.1mm，宽度为0.9mm。
对本发明的微带阵列天线进行收发天线隔离度的仿真测试，仿真结果表明，在77GHz的频率下，天线的隔离度能达到68dB。
结合图6和图7可知，本实施例中，天线的增益为11dB，3dB波束宽度约为26°，主副瓣比大于13dB,最大副瓣电平出现在theta＝66°处；结合图8可知，天线的轴比3dB波束宽度为±18°左右。
综上，本发明的天线实现了天线与有源器件的异面结构，减少了馈线的损耗及干扰，降低了有源网络对天线的影响，且通过金属贴片能够有效抑制副瓣，具有体积小、成本低、高增益、低副瓣、高隔离度等优点。
Claims (8)
1.一种圆极化微带平板天线，其特征在于，有微带阵列天线(1)、第一介质基板(S1)、第二介质基板(S2)、第三介质基板(S3)、第一金属层(M1)、第二金属层(M2)、第三金属层(M3)、波导层(2)、微带线-波导过渡器(T)、功分器(D)；
所述第一介质基板(S1)、第一金属层(M1)、第二介质基板(S2)、第二金属层(M2)、波导层(2)、第三金属层(M3)、第三介质基板(S3)从上至下依次叠加，第一介质基板(S1)上远离第一金属层(M1)的一侧设置微带阵列天线(1)，微带阵列天线(1)与第一介质基板(S1)上设置有垂直金属通孔，第一金属层(M1)上设置缝隙；第二介质基板上设置金属化通孔形成功分器(D)，第二金属层(M2)上设置缝隙；第三介质基板(S3)上远离第三金属层(M3)的一侧设置接地板(G)和馈线；
所述微带线-波导过渡器(T)包括接地板(G)、第三介质基板(S3)、第三金属层(M3)和辐射贴片(P)；
第三介质基板(S3)和波导层(2)通过微带线-波导过渡器(T)的辐射贴片(P)进行能量传输，第二介质基板(S2)和波导层(2)通过第二金属层(M2)上设置的缝隙进行能量传输，微带阵列天线(1)和第一介质基板(S1)通过第一金属层(M1)上设置的缝隙进行能量传输。
2.根据权利要求1所述的圆极化微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)有结构相同的N个天线单元。
3.根据权利要求2所述的圆极化微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)中每个天线单元有4个相同的金属矩形贴片，4个贴片呈两两等间距分布，间距为l，其中一对处于对角线位置的贴片通过金属条相连；
4.根据权利要求2、3所述的圆极化微带平板天线，其特征在于，天线单元的每一个贴片和第一介质基板(S1)都设置有一个垂直金属通孔。
5.根据权利要求2、3所述的圆极化微带平板天线，其特征在于，所述N＝4，l＝0.05mm～0.15mm。
6.根据权利要求1所述的圆极化微带平板天线，其特征在于，所述第一介质基板(S1)、第二介质基板(S2)和第三介质基板(S3)的介电常数为3.04，其厚度为127μm。
7.根据权利要求1所述的圆极化微带平板天线，其特征在于，所述微带阵列天线(1)、第一金属层(M1)、第二金属层(M2)、第三金属层(M3)和波导层(2)的方孔内壁的材质均为铜；所述微带阵列天线(1)、第一金属层(M1)、第二金属层(M2)和第三金属层(M3)的厚度为18μm，波导层(2)的高度为0.5mm～2mm。
8.根据权利要求1所述的圆极化微带平板天线，其特征在于，所述微带线-波导过渡器(T)的通孔直径为0.15～0.3mm，通孔间间距为0.2mm～0.4mm；功分器(D)的通孔直径为0.3～0.5mm，通孔间间距为0.5～0.7mm；微带阵列天线(1)和第一介质基板(S1)上的通孔直径为0.2～0.3mm。
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