CN112510355B - 一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线 - Google Patents

一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，属于毫米波圆极化天线技术领域，包括金属盖板、圆极化器、上层金属层、介质集成波导馈电结构、转角过渡结构、辐射腔、介质基板与底层金属层，所述金属盖板、所述上层金属层、所述介质基板、所述底层金属层自上而下依次设置，所述辐射腔通过贯穿所述上层金属层、介质基板、底层金属层设置的多个第一金属化过孔形成。本发明尺寸小、频带宽、宽波束、结构简单、易于集成、加工简单并具有优良轴比特性的特点，同时适合大规模毫米波圆极化天线组阵的设计，值得被推广使用。

Description

一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线
技术领域
本发明涉及毫米波圆极化天线技术领域，具体涉及一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线。
背景技术
随着毫米波技术的不断发展，其应用领域包括5G、汽车雷达、医疗成像、人体安检、室内人员检测与跟踪、毫米波生命雷达生命体征探测等多个领域，在民用和军用领域发挥着至关重要的作用。这是由于毫米波穿透雾、烟、灰尘的能力更强，频率更高，分辨率更强。而毫米波天线就是其中的关键技术，天线的极化方式分为圆极化和线极化，圆极化相比于线极化来说，具有抗多径效应以及抑制雨雾的优势。
现有通过介质集成波导实现毫米波圆极化的天线的结构一般为多层PCB板，结构复杂，加工成本比双层的高很多，并且通过纯微带实现的圆极化天线屏蔽性能不强，通过纯波导金属结构实现圆极化不易于系统集成。上述问题亟待解决，因此，提出一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何简化天线结构，降低加工成本，方便与系统集成；同时还具有优良轴比特性、宽波束、宽频带的优良特性，提供了一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括金属盖板、圆极化器、上层金属层、介质集成波导馈电结构、转角过渡结构、辐射腔、介质基板与底层金属层，所述金属盖板、所述上层金属层、所述介质基板、所述底层金属层自上而下依次设置，所述辐射腔通过贯穿所述上层金属层、介质基板、底层金属层设置的多个第一金属化过孔形成，所述介质集成波导馈电结构通过贯穿所述上层金属层、介质基板、底层金属层设置的多个第二金属化过孔形成，所述转角过渡结构通过贯穿所述上层金属层、介质基板、底层金属层设置的多个第三金属化过孔形成，所述介质集成波导馈电结构通过所述转角过渡结构对所述辐射腔进行激励，所述圆极化器贯穿所述金属盖板设置。
更进一步地，所述圆极化器为金属挖空区域。
更进一步地，所述圆极化器的截面形状为矩形、正梯形、倒梯形中任一种，内部可以有倒角或者无倒角。
更进一步地，所述辐射腔的内侧设置有辐射贴片与辐射缝隙，所述辐射贴片设置在所述上层金属层内，所述辐射缝隙位于所述上层金属层与所述辐射贴片之间，所述辐射贴片与辐射缝隙位于所述圆极化器的下方。
更进一步地，所述辐射贴片为矩形或梯形，所述辐射贴片的中心轴对称线(即沿辐射矩形贴片的宽度方向)与所述圆极化器的水平对称线所成夹角范围在30°～60°之间，用于实现圆极化。
更进一步地，所述辐射贴片与辐射缝隙之间设置有至少一个用于增加天线工作带宽的寄生贴片。寄生贴片的数量可以为多个，寄生贴片的形状可以是规则或者不规则的，寄生贴片长边与辐射贴片短边的长度可以相等或者不相等的，寄生贴片与辐射贴片平行或者不平行。寄生贴片的作用是增加天线的工作带宽。
更进一步地，所述介质集成波导馈电结构的馈电输入方向与所述辐射贴片的长度方向所成夹角在30°～60°之间。介质集成波导结构通过一个转角过渡结构对辐射贴片和辐射缝隙进行激励。
更进一步地，形成所述转角过渡结构的第三金属化过孔的排布方式是直线、折线是弧线排布中任一种。转角过渡结构起到馈电方向转变以及调节匹配的作用。
更进一步地，所述双层板毫米波圆极化天线的工作频段为Ka波段或毫米波波段。
本发明相比现有技术具有以下优点：该基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，尺寸小、频带宽、宽波束、结构简单、易于集成、加工简单并具有优良轴比特性的特点，同时适合大规模毫米波圆极化天线组阵的设计，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例中双层板毫米波圆极化天线的结构示意图；
图2是本发明实施例中双层板毫米波圆极化天线的一侧视图；
图3是本发明实施例中双层PCB板的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1～3所示，一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，包括金属盖板1、圆极化器101、上层金属层2、介质集成波导馈电结构501、转角过渡结构502、辐射腔503、介质基板3以及底层金属层4；所述金属盖板1、上层金属层2、介质基板3、底层金属层4自上而下依次设置；所述辐射腔503的形状通过贯穿所述上层金属层2、介质基板3、底层金属层4设置的多个金属化过孔形成，其内侧设置有辐射贴片201、寄生贴片202、辐射缝隙203，所述辐射贴片201、寄生贴片202、辐射缝隙203均设置在所述上层金属层2内。
所述圆极化器101贯穿整个金属盖板1设置，所述圆极化器101为金属挖空区域，其截面是一个梯形。
所述辐射贴片201为矩形。辐射贴片201的中心轴对称线(即沿矩形辐射贴片的宽度方向)与圆极化器101的水平对称线(即沿所述金属盖板1长度方向)所成夹角为45°，用于实现圆极化。
所述寄生贴片202的数量为2个，寄生贴片202的形状为矩形，寄生贴片202的长边与辐射贴片201的短边的长度相等，便于简化设计，寄生贴片202与辐射贴片201平行，设置在所述辐射贴片201的两端，位于辐射缝隙203中。寄生贴片202可以增加天线的工作带宽。
所述辐射缝隙203为上层金属层2挖空区域，挖空区域的最大外形轮廓是规则形状，在本实施例中为矩形。
所述介质集成波导馈电结构501的馈电输入方向与辐射贴片201(辐射贴片201长边方向)的夹角为45°。介质集成波导馈电结构501通过一个转角过渡结构502对辐射贴片201和辐射缝隙203进行激励，这个转角过渡结构502有两个作用，一个是改变电磁场的传输方向，另一个是将介质集成波导馈电结构501与后面的辐射结构进行匹配，主要就是通过调整金属化过孔的位置来改变电磁场的传输以及与后面辐射结构之间的能量耦合。
所述转角过渡结构502中转角的金属化过孔的排布方式是折线排布。
所述辐射腔503是通过上层金属层2和底层金属层4以及两个层之间的多个金属化过孔围成的一个区域，这个区域可以是矩形规则的。
所述介质集成波导馈电结构501包括上层金属层2、底层金属层4、平行并排的多个金属化过孔以及介质基板3。
综上所述，上述实施例的基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，尺寸小、频带宽、宽波束、结构简单、易于集成、加工简单并具有优良轴比特性的特点，同时适合大规模毫米波圆极化天线组阵的设计，值得被推广使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：包括金属盖板、圆极化器、上层金属层、介质集成波导馈电结构、转角过渡结构、辐射腔、介质基板与底层金属层，所述金属盖板、所述上层金属层、所述介质基板、所述底层金属层自上而下依次设置，所述辐射腔通过贯穿所述上层金属层、介质基板、底层金属层设置的多个第一金属化过孔形成，所述介质集成波导馈电结构通过贯穿所述上层金属层、介质基板、底层金属层设置的多个第二金属化过孔形成，所述转角过渡结构通过贯穿所述上层金属层、介质基板、底层金属层设置的多个第三金属化过孔形成，所述介质集成波导馈电结构通过所述转角过渡结构对所述辐射腔进行激励，所述圆极化器贯穿所述金属盖板设置；
所述辐射腔的内侧设置有辐射贴片与辐射缝隙，所述辐射贴片设置在所述上层金属层内，所述辐射缝隙位于所述上层金属层与所述辐射贴片之间，所述辐射贴片与辐射缝隙位于所述圆极化器的下方。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：所述圆极化器为金属挖空区域。
3.根据权利要求2所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：所述圆极化器的截面形状为矩形、正梯形、倒梯形中任一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：所述辐射贴片为矩形或梯形，所述辐射贴片的中心轴对称线与所述圆极化器的水平对称线所成夹角范围在30°～60°之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：所述辐射贴片与辐射缝隙之间设置有至少一个用于增加天线工作带宽的寄生贴片。
6.根据权利要求1所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：所述介质集成波导馈电结构的馈电输入方向与所述辐射贴片的长度方向所成夹角在30°～60°之间。
7.根据权利要求1所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：形成所述转角过渡结构的第三金属化过孔的排布方式是直线、折线是弧线排布中任一种。
8.根据权利要求1所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：所述双层板毫米波圆极化天线的工作频段为Ka波段或毫米波波段。
9.根据权利要求1所述的一种基于介质集成波导馈电的双层板毫米波圆极化天线，其特征在于：所述介质基板为高频介质基板。
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