CN113594688A - 一种圆极化天线单元以及天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种圆极化天线单元以及天线阵列，所述天线单元包括：金属地，以及在金属地上依次层叠设置的第一介质板、第二介质板、第三介质板；第三介质板设置有四片矩形辐射贴片以及若干金属柱，若干金属柱呈田字型分布，以构成与四片矩形辐射贴片一一对应的四个矩形背腔；第二介质板上表面设置有四个耦合缝隙，四个耦合缝隙与四片矩形辐射贴片一一对应；第二介质板内还设置有一个由金属柱构成的六边形腔体，六边形腔体内设置有四个金属匹配柱；第一介质板上表面设置有一个馈电横缝，第一介质板内还设置有一个由金属柱构成的第一SIW馈电结构。该天线应用六边形腔结构可减小微波和毫米波天线体积，增大工作带宽，提升天线增益。

Description

一种圆极化天线单元以及天线阵列
技术领域
本公开涉及无线通信技术的毫米波天线设计技术领域，尤其涉及一种圆极化天线单元以及天线阵列。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，圆极化天线越来越受到广泛重视，它与线极化天线相比，优势在于可以克服多径干扰，具有较好的极化效率，可以保证在复杂电磁环境下的目标探测与通信，除此之外圆极化天线还有极化旋转性、旋向正交性，这些优势使圆极化天线在无线通信系统中大放异彩。目前应用六边形腔结构的微波和毫米波的无源和有源器件普遍存在工作频率较低，带宽较窄，增益较低的问题。合理、有效的天线结构设计是圆极化天线的技术难题之一，如何减小天线体积或者降低天线损耗一直是国内外学者研究的热点。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种圆极化天线单元以及天线阵列，包括：金属地，以及在所述金属地上依次层叠设置的第一介质板、第二介质板、第三介质板。
所述第三介质板设置有四片矩形辐射贴片；所述第三介质板内还设置有若干金属柱，所述若干金属柱呈田字型分布，以构成与所述四片矩形辐射贴片一一对应的四个矩形背腔；所述第二介质板上表面设置有四个耦合缝隙，所述四个耦合缝隙与所述四片矩形辐射贴片一一对应；所述第二介质板内还设置有一个由金属柱构成的六边形腔体，所述六边形腔体内设置有四个金属匹配柱；所述第一介质板上表面设置有一个馈电横缝，所述第一介质板内还设置有一个由金属柱构成的第一SIW馈电结构。
可选的，所述四片矩形辐射贴片以2*2阵列的方式设置在所述第三介质板上表面，且四片矩形辐射贴片作为子单元相互分离，形成天线单元的天线辐射臂。
可选的，所述矩形辐射贴片与其对应的所述耦合缝隙呈四十五度夹角，实现圆极化天线的辐射特性。
可选的，所述四个金属匹配柱呈正方形分布，所述四个耦合缝隙投影位于相邻两个金属匹配柱之间。
可选的，所述馈电横缝位于所述第一介质板中心，且所述馈电横缝在所述第二介质板上的投影位于所述四个金属匹配柱形成的正方形的中心。
可选的，所述金属匹配柱的截面形状为：圆形或矩形。
对于圆极化天线阵列，包括：任一前述的圆极化天线单元；
所述圆极化天线单元沿右下角按顺时针方向分别旋转90°，180°，270°后，得到的一组由四个天线单元构成的天线单元组；
所述天线单元组沿右下角按顺时针方向分别旋转90°，180°，270°后，得到天线单元组的2*2阵列。
所述圆极化天线阵列还包括：前述金属地下依次层叠设置的第一馈电介质板、第二馈电介质板；所述第一馈电介质板、所述第二馈电介质板、所述圆极化天线单元配合工作，实现右旋圆极化。
可选的，所述第一馈电介质板内设置有由金属柱围成的SIW顺序旋转馈电结构，呈卍字型分布，所述圆极化天线单元与所述第一馈电介质板配合工作，实现右旋圆极化。
可选的，所述第二馈电介质板内设置有由金属柱围成的波导-SIW转换结构，呈竖一字型分布，所述波导-SIW转换结构还设有馈电口。
可选的，所述第一介质板、第二介质板、第三介质板、第一馈电介质板、第二馈电介质板上均设有布局位置相同的固定孔，用于固定介质板。
从上面所述可以看出，本公开提供的一种圆极化天线单元以及天线阵列，通过设置矩形辐射贴片，实现天线圆极化特性，通过设置矩形背腔来降低耦合，使辐射能量更集中，并且能够实现高增益和宽带宽，通过在六边形腔体内设置金属匹配柱的方式，缩短耦合缝隙到其同一介质板的金属柱平面间的距离，更能够满足天线系统的小型化设计要求，易于平面电路集成，通过顺序旋转的馈电结构，拓宽天线的轴比带宽，维持天线的极化纯度，提高天线的辐射效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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公开的实施例，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为本公开实施例的圆极化天线单元的分层图；
图2为本公开实施例的圆极化天线阵列的分层图；
图3为本公开实施例的圆极化天线阵列的三维整体示意图；
图4为本公开实施例的圆极化天线阵列的俯视图；
图5为本公开实施例的圆极化天线阵列的第三层介质板俯视图；
图6为本公开实施例的圆极化天线阵列的第二层介质板俯视图；
图7为本公开实施例的圆极化天线阵列的第一层介质板俯视图；
图8为本公开实施例的圆极化天线阵列的第一馈电介质板俯视图；
图9为本公开实施例的圆极化天线阵列的第二馈电介质板俯视图；
图10为本公开实施例的圆极化天线阵列的正视图；
图11为本公开实施例的圆极化天线阵列的仰视图；
图12为本公开实施例的圆极化天线阵列的反射系数与频率的变化曲线图；
图13为本公开实施例的圆极化天线阵列的轴比与频率的变化曲线图；
图14为本公开实施例的圆极化天线阵列的增益与频率的变化曲线图；
图15为本公开实施例的圆极化天线阵列的归一化二维方向图；
3为第一介质板、2为第二介质板、1为第三介质板、4为第一馈电介质板、5为第二馈电介质板、11为矩形辐射贴片、12为矩形背腔、13为构成矩形背腔的金属柱、21为耦合缝隙、22为六边形腔体、23为金属匹配柱、24为构成六边形腔体的金属柱、31为馈电横缝、32为第一SIW馈电结构、33为构成第一SIW馈电结构的金属柱、34为金属地、41为SIW顺序旋转馈电结构、51为波导-SIW转换结构、52为馈电口。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如背景技术部分所述，相关技术中天线的极化，是指天线辐射时形成的电场强度方向，电波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化，极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0～360°周期地变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。圆极化天线可以克服多径干扰，具有较好的极化效率，可以保证在复杂电磁环境下的目标探测与通信，因此圆极化天线在毫米波频段无线通信中得到了广泛的应用。此外，对于传统金属矩形波导结构天线，虽然其原理简单，但是体积大，装配构成以及工艺实现复杂。目前应用六边形腔体结构的微波和毫米波的无源和有源器件普遍存在工作频率较低，带宽较窄，增益较低的问题。合理、有效的天线结构设计是实现圆极化天线单元以及天线阵列的技术难题之一，如何减少天线体积或者降低天线损耗一直是国内外学者研究的热点。
综合上述考虑，本公开实施例提出一种圆极化天线单元以及天线阵列，通过设置矩形辐射贴片，实现天线圆极化特性，通过设置矩形背腔来降低耦合，使辐射能量更集中，并且能够实现高增益和宽带宽，通过在六边形腔体内设置金属匹配柱的方式，缩短耦合缝隙到其同一介质板的金属柱平面间的距离，更能够满足天线系统的小型化设计要求，易于平面电路集成，通过顺序旋转的馈电结构，拓宽天线的轴比带宽，维持天线的极化纯度，提高天线的辐射效率。
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
如图1所示，本实施例的一种圆极化天线单元，包括：金属地34，以及在所述金属地34上依次层叠设置的：第一SIW馈电结构32，所述第一SIW馈电结构32是由金属柱33围成；馈电横缝31；六边形腔体22，所述六边形腔体结构22是由金属柱24围成，所述六边形腔体22内还设置有四个金属匹配柱23；四个耦合缝隙21；四个矩形背腔12，所述四个矩形背腔12是由金属柱13围成的，呈田字型分布；四片矩形辐射贴片11，所述四片矩形辐射贴片11与所述四个矩形背腔12一一对应。
进一步的，所述金属地34的作用是减少天线的背向辐射，使辐射能量更加集中。
所述第三介质板1设置有四片呈90°顺序旋转的中心对称的矩形辐射贴片11，所述四片矩形辐射贴片11以2*2阵列的方式设置在所述第三介质板1上表面，且四片矩形辐射贴片11作为第三介质板1上的子单元相互分离，互不接触，形成天线单元的天线辐射臂，实现天线的圆极化。
所述第三介质板1内还设置有若干金属柱13，所述若干金属柱13呈田字型分布，以构成与所述四片矩形辐射贴片11一一对应的四个矩形背腔12。
进一步的，所述矩形背腔12与矩形辐射贴片11构成所述圆极化天线单元的辐射结构。
进一步的，通过设置矩形背腔12可以有效的减小天线单元之间的互耦，抑制介质板表面的电磁波，从而改善天线的辐射特性并提高天线的增益。
所述第二介质板2上表面设置有四个呈45°角对称分布的耦合缝隙21，每片矩形辐射贴片11都对应一个矩形背腔12，矩形辐射贴片11与耦合缝隙21配合作用，实现天线的右旋圆极化。
所述第二介质板2内还设置有一个由金属柱24构成的六边形腔体22，所述六边形腔体22内设置有四个金属匹配柱23。
进一步的，所述耦合缝隙21与所述六边形腔体22以及腔体内设置的所述金属匹配柱23构成所述圆极化天线单元的上层馈电网络。
进一步的，所述六边形腔体结构22及腔体中的四个金属匹配柱23一方面可以维持腔内电场，在未设置金属匹配柱23的情况下，电磁波的流向不能垂直于天线的短路截面，从而使得上表面的耦合缝隙21不能耦合到较多的能量，在设置金属匹配柱23的情况下，电场的方向垂直于天线的短路截面，并使得耦合缝隙21与短路部分的距离小于λ/2，从而减小电磁波的传输损耗。
另一方面，由于设置了金属匹配柱23，天线的带宽可以得到较大的提升，将整体的阻抗加深。
进一步的，为了实现圆极化特性，矩形辐射贴片11与耦合缝隙21之间呈现45°的夹角，从而可以将耦合缝隙21处的电场分解为两个幅度相等的分别沿x和y方向的电场，通过合理的调节矩形辐射贴片11的长宽比可以获得90°相位差，最终实现圆极化特性。
所述第一介质板3上表面设置有一个馈电横缝31，所述第一介质板3内还设置有一个由金属柱33构成的第一SIW馈电结构32。
进一步的，所述馈电横缝31与所述SIW馈电结构32与所述金属地34构成所述圆极化天线单元的下层馈电网络。
所述四个金属匹配柱23呈正方形分布，分别位于正方形四个顶角，所述四个耦合缝隙21投影位于相邻两个金属匹配柱23之间。
所述馈电横缝31位于所述第一介质板3的几何中心，且所述馈电横缝31在所述第二介质板2上的平面投影位于所述四个金属匹配柱23形成的正方形的几何中心。
进一步的，本公开实施例所述的金属匹配柱23的截面形状优选为圆形或矩形。
进一步的，所述介质板1-3可选用Ferro A6m材料,介质板1-3厚度均为0.192mm,介质板1-3的整体尺寸均为长34mm*宽24mm*高1.02mm。
进一步的，所述矩形辐射贴片11厚度为0.01mm,矩形辐射贴片11尺寸为长0.43mm*宽0.24mm。
进一步的，所述矩形背腔的金属柱13直径为0.06mm,高度为0.192mm，所述金属柱13中心轴之间的距离为0.24到0.31mm不等。
进一步的，所述耦合缝隙21尺寸为长0.42mm*宽0.09mm，4个耦合缝隙21之间的距离由左下角顺序分别为1.01mm、0.81mm、1.01mm、0.81mm，耦合缝隙21中心位置处到短路结构的距离为0.14mm到0.19mm之间。
进一步的，所述短路结构为与同一介质板上与耦合缝隙所对应的金属柱。
进一步的，所述六边形腔体的金属柱24直径均为0.06mm，金属柱24中心轴之间的距离为0.24-0.3mm不等。
进一步的，所述四个金属匹配柱23中心轴之间的距离均为0.66mm。
进一步的，所述馈电横缝31的尺寸为长0.54mm*宽0.096mm。
进一步的，所述第一SIW结构的金属柱33直径均为0.06m。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种圆极化天线阵列，包括：任一前述实施例的圆极化天线单元。
如图1和图2所示，本实施例的一种圆极化天线阵列，从上自下依次为：第三介质板1、第二介质板2、第一介质板3、第一馈电介质板4、第二馈电介质板5，所述圆极化天线阵列包括任一图1实施例中的圆极化天线单元。
本实施例中，通过四个圆极化天线单元构成一个天线单元组。具体的，四个圆极化天线单元以的2*2阵列的方式分布。其中，以2*2阵列中位于左上位置的圆极化天线单元为基准，本实施例中称之为基准单元。对于2*2阵列中位于右上位置的圆极化天线单元，其设置方式相当于将基准单元沿其右下角按顺时针方向旋转90°。对于2*2阵列中位于右下位置的圆极化天线单元，其设置方式相当于将基准单元沿其右下角按顺时针方向旋转180°。对于2*2阵列中位于左下位置的圆极化天线单元，其是设置方式相当于将基准单元沿其右下角按顺时针方向旋转270°。
如图3所示，所述天线单元以及天线阵的法兰盘共包含7个固定孔，起固定作用。
进一步的，所述大固定孔的直径均为1.4mm，所述小固定孔的直径均为0.8mm。
进一步的，所述所有固定孔按圆形等距分布，其排布中心为圆心，其中心位置距天线辐射端的距离均为12.85mm。
图4为圆极化天线阵列的俯视图，对于所述圆极化天线阵列，还包括：所述金属地34下依次层叠设置的第一馈电介质板4、第二馈电介质板5；所述第一馈电介质板4与所述第二馈电介质板5配合工作，实现馈电作用。
如图5所示，通过四个圆极化天线单元组构成一个天线单元阵列。具体的，四个圆极化天线单元组以的2*2阵列的方式分布。其中，以2*2阵列中位于左上位置的圆极化天线单元组为基准，本实施例中称之为基准单元组。对于2*2阵列中位于右上位置的圆极化天线单元组，其是设置方式相当于将基准单元组沿其右下角按顺时针方向旋转90°。对于2*2阵列中位于右下位置的圆极化天线单元组，其是设置方式相当于将基准单元组沿其右下角按顺时针方向旋转180°。对于2*2阵列中位于左下位置的圆极化天线单元组，其是设置方式相当于将基准单元组沿其右下角按顺时针方向旋转270°。
本实施例中，进一步的，通过四个圆极化天线单元第二介质板中的上层馈电网络单元构成一个上层馈电网络组。具体的，四个上层馈电网络单元以的2*2阵列的方式分布。其中，以2*2阵列中位于左上位置的上层馈电网络单元为基准，本实施例中称之为基准上层馈电网络单元。对于2*2阵列中位于右上位置的上层馈电网络单元，其设置方式相当于将基准上层馈电网络单元沿其右下角按顺时针方向旋转90°。对于2*2阵列中位于右下位置的上层馈电网络单元，其设置方式相当于将基准上层馈电网络单元沿其右下角按顺时针方向旋转180°。对于2*2阵列中位于左下位置的上层馈电网络单元，其是设置方式相当于将基准上层馈电网络单元沿其右下角按顺时针方向旋转270°。
如图6所示，通过四个上层馈电网络组构成一个上层馈电网络阵列。具体的，四个上层馈电网络组以的2*2阵列的方式分布。其中，以2*2阵列中位于左上位置的上层馈电网络组为基准，本实施例中称之为基准上层馈电网络单元组。对于2*2阵列中位于右上位置的上层馈电网络单元组，其是设置方式相当于将基准上层馈电网络单元组沿其右下角按顺时针方向旋转90°。对于2*2阵列中位于右下位置的上层馈电网络单元组，其是设置方式相当于将基准上层馈电网络单元组沿其右下角按顺时针方向旋转180°。对于2*2阵列中位于左下位置的上层馈电网络单元组，其是设置方式相当于将基准上层馈电网络单元组沿其右下角按顺时针方向旋转270°。
本实施例中，进一步的，通过四个圆极化天线单元第一介质板中的下层馈电网络单元构成一个下层馈电网络组。具体的，四个下层馈电网络单元以的2*2阵列的方式分布。其中，以2*2阵列中位于左上位置的下层馈电网络单元为基准，本实施例中称之为基准下层馈电网络单元。对于2*2阵列中位于右上位置的下层馈电网络单元，其设置方式相当于将基准下层馈电网络单元沿其右下角按顺时针方向旋转90°。对于2*2阵列中位于右下位置的下层馈电网络单元，其设置方式相当于将基准下层馈电网络单元沿其右下角按顺时针方向旋转180°。对于2*2阵列中位于左下位置的下层馈电网络单元，其是设置方式相当于将基准下层馈电网络单元沿其右下角按顺时针方向旋转270°。
如图7所示，通过四个下层馈电网络组构成一个下层馈电网络阵列。具体的，四个下层馈电网络组以的2*2阵列的方式分布。其中，以2*2阵列中位于左上位置的下层馈电网络组为基准，本实施例中称之为基准下层馈电网络单元组。对于2*2阵列中位于右上位置的下层馈电网络单元组，其是设置方式相当于将基准下层馈电网络单元组沿其右下角按顺时针方向旋转90°。对于2*2阵列中位于右下位置的下层馈电网络单元组，其是设置方式相当于将基准下层馈电网络单元组沿其右下角按顺时针方向旋转180°。对于2*2阵列中位于左下位置的下层馈电网络单元组，其是设置方式相当于将基准下层馈电网络单元组沿其右下角按顺时针方向旋转270°。
如图8所示，所述第一馈电介质板4内设置有由金属柱围成的SIW顺序旋转馈电结构41，呈卍字型分布，所述天线单元与所述第一馈电介质板4配合工作，实现右旋圆极化。
如图9所示，所述第二馈电介质板5内设置有由金属柱围成的波导-SIW转换结构51，呈竖一字型分布，所述波导-SIW转换结构还设有馈电口52。
如图10所示，所述圆极化天线阵列的正视图可以清晰看出由上自下依次为第三介质板1、第二介质板2、第一介质板3、第一馈电介质板4、第二馈电介质板5、馈电口52。
如图11所示，馈电口52与波导-SIW转换结构51位于同一介质板上。
进一步的，当所述馈电口52馈电时，将能量传输到第二介质板2的耦合缝隙21，再通过耦合缝隙21将能量耦合到第三介质板1的矩形辐射贴片11产生极化特性。
进一步的，所述介质板4、5可选用Ferro A6m材料,介质板4、5厚度均为0.192mm,介质板4、5的整体尺寸均为长34mm*宽24mm*高1.02mm。
进一步的，所述天线辐射端为天线阵列中整体的天线辐射单元。
进一步的，金属匹配柱23可以由矩形柱来代替。
进一步的，构成所述任一腔体的金属柱间的距离可在0.24±0.05mm的范围内变动。
如图12所示，为本公开实施例的圆极化天线阵列的反射系数与频率的变化曲线图，其横坐标为圆极化天线阵列的工作频率，单位是GHz，纵坐标为圆极化天线阵列的反射系数，单位是dB。
进一步的，图12可以体现出为本公开实施例圆极化天线阵列的工作中心频率是140GHz。
如图13所示，为本公开实施例的圆极化天线阵列的轴比与频率的变化曲线图，其横坐标为圆极化天线阵列的工作频率，单位是GHz，纵坐标为圆极化天线阵列的轴比系数，单位是dB。
一般的，当天线阵列轴比在3dB以下，即可实现天线的圆极化。
如图14所示，为本公开实施例的圆极化天线阵列的增益与频率的变化曲线图，其横坐标为圆极化天线阵列的工作频率，单位是GHz，纵坐标为圆极化天线阵列的增益，单位是dBic，当工作频率范围为140GHz～145GHz时，天线增益较高，在此频率范围内天线增益稳定，增益曲线在频带边缘下降较快，并且带外抑制明显，实现了较好的增益选择特性。
如图15所示，为本公开实施例的圆极化天线阵列的归一化二维方向图，其横坐标为圆极化天线阵列的角度，单位是deg，纵坐标为圆极化天线阵列的增益，曲线1是Phi为0°时天线左旋圆极化增益曲线，曲线2是Phi为90°时天线左旋圆极化增益曲线，曲线3是Phi为0°时天线右旋圆极化增益曲线，曲线4是Phi为90°时天线右旋圆极化增益曲线。
进一步的，Phi为xy平面内与x轴夹角，GainPhi是Phi方向的增益，方向是圆面法向方向。
进一步的，在天线仿真过程中，可以通过增益大小区分天线圆极化特性，由图15可以看出，曲线4实现了较高的增益效果，因此可以判断本实施例实现了天线的右旋圆极化特性。
所述圆极化天线单元以及天线阵列工作的中心频率为140GHz，工作频率范围为127GHz到157GHz之间。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆极化天线单元，其特征在于，包括：金属地，以及在所述金属地上依次层叠设置的第一介质板、第二介质板、第三介质板；
所述第三介质板设置有四片矩形辐射贴片；所述第三介质板内还设置有若干金属柱，所述若干金属柱呈田字型分布，以构成与所述四片矩形辐射贴片一一对应的四个矩形背腔；所述第二介质板上表面设置有四个耦合缝隙，所述四个耦合缝隙与所述四片矩形辐射贴片一一对应；所述第二介质板内还设置有一个由金属柱构成的六边形腔体，所述六边形腔体内设置有四个金属匹配柱；所述第一介质板上表面设置有一个馈电横缝，所述第一介质板内还设置有一个由金属柱构成的第一SIW馈电结构。
2.根据权利要求1所述的一种圆极化天线单元，其特征在于，所述四片矩形辐射贴片以2*2阵列的方式设置在所述第三介质板上表面，且四片矩形辐射贴片作为子单元相互分离，形成天线单元的天线辐射臂。
3.根据权利要求1所述的一种圆极化天线单元，其特征在于，所述矩形辐射贴片与其对应的所述耦合缝隙呈四十五度夹角，实现圆极化辐射特性。
4.根据权利要求1所述的一种圆极化天线单元，其特征在于，所述四个金属匹配柱呈正方形分布，所述四个耦合缝隙投影位于相邻两个金属匹配柱之间。
5.根据权利要求1所述的一种圆极化天线单元，其特征在于，所述馈电横缝位于所述第一介质板中心，且所述馈电横缝在所述第二介质板上的投影位于所述四个金属匹配柱形成的正方形的中心。
6.根据权利要求1所述的一种圆极化天线单元，其特征在于，所述金属匹配柱的截面形状为：圆形或矩形。
7.一种圆极化天线阵列，其特征在于，包括：如权利要求1至6任一所述的圆极化天线单元；所述圆极化天线单元沿右下角按顺时针方向分别旋转90°，180°，270°后，得到的一组由四个天线单元构成的天线单元组；所述天线单元组沿右下角按顺时针方向分别旋转90°，180°，270°后，得到天线单元组的2*2阵列；
所述圆极化天线阵列还包括：所述金属地下依次层叠设置的第一馈电介质板、第二馈电介质板；所述第一馈电介质板、所述第二馈电介质板、所述圆极化天线单元配合工作，实现右旋圆极化。
8.根据权利要求7所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于，所述第一馈电介质板内设置有由金属柱围成的SIW顺序旋转馈电结构，呈卍字型分布，所述圆极化天线单元与所述第一馈电介质板配合工作，实现右旋圆极化。
9.根据权利要求7所述的一种圆极化天线阵列，其特征在于，所述第二馈电介质板内设置有由金属柱围成的波导-SIW转换结构，呈竖一字型分布，所述波导-SIW转换结构还设有馈电口。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种圆极化天线单元以及天线阵列，其特征在于，所述第一介质板、第二介质板、第三介质板、第一馈电介质板、第二馈电介质板上均设有布局位置相同的固定孔，用于固定介质板。
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