CN115513676A - 一种w波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线及其馈电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线及其馈电方法，属于阵列天线领域，解决了现有阵列天线的阵列规模和扫描角度受限的问题。本发明的阵列天线包括：多个非规则排布的子阵单元；子阵单元包括：微带贴片层、挖孔微带贴片层、H形缝隙层、耦合微带线层、功分器层和馈电层；馈电层包括多个同轴馈电端口，功分器层的功分器用于连接多个同轴馈电端口并实现功率分配；同轴馈电端口与耦合微带线层的耦合微带线连接；耦合微带线、H形缝隙和微带贴片自下而上依次设置；耦合微带线能够通过H形缝隙与微带贴片耦合实现电磁辐射。本发明的阵列天线在大角度扫描时仍然有较低的驻波，较低的极化隔离度，良好的轴比与辐射效率。

Description

一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线及其馈电方法

技术领域

本发明涉及阵列天线技术领域，尤其涉及一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线及其馈电方法。

背景技术

毫米波相控阵由于天线等结构较小，往往需要更为精细的加工工艺，国内外此类天线的主要实现是硅基或者PCB介质。得益于CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺的进步，如今CMOS工艺也逐渐成为设计毫米波相控阵的主流形式。在毫米波天线系统中通常都是将天线与后端的芯片进行集成，因此设计的难度在于系统的集成与封装，天线结构往往都是采用简单的贴片天线等形式。

现有技术存在的缺点：

基于硅基的天线阵，介电常数高，工作带宽和扫描性能受限。

基于PCB介质的天线阵，仅实用于一维天线阵，阵列规模和扫描角度受限。

因此，需要提供一种新的阵列天线，以提高天线的工作带宽和扫描性能。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线及其馈电方法，用以解决现有阵列天线规模、工作带宽和扫描性能受限的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，所述阵列天线包括：多个非规则排布的子阵单元；

所述子阵单元为多层结构，自上而下包括：微带贴片层、挖孔微带贴片层、H形缝隙层、耦合微带线层、功分器层、同轴馈电层和馈电端口层；

所述微带贴片层包括：第一玻璃基板和微带贴片；

所述挖孔微带贴片层包括：第二玻璃基板和挖孔微带贴片；

所述H形缝隙层包括：第三玻璃基板和H形缝隙；

所述耦合微带线层包括：第四玻璃基板和耦合微带线；

所述功分器层包括：第五玻璃基板和功分器，所述功分器用于连接多个同轴馈电端口并实现功率分配；

所述同轴馈电层包括：第六玻璃基板和多个同轴馈电端口；

所述馈电端口层包括：第七玻璃基板；

所述同轴馈电端口与耦合微带线连接；所述耦合微带线、H形缝隙和微带贴片自下而上依次设置；所述耦合微带线能够通过H形缝隙与微带贴片耦合实现电磁辐射；

所述第五玻璃基板的下表面设有第一功分器和第二功分器；

所述同轴馈电端口有六个，所述同轴馈电端口均包括同轴馈电内芯和同轴馈电外壳；第一同轴馈电端口、第二同轴馈电端口、第三同轴馈电端口、第四同轴馈电端口的同轴馈电内芯的上端均延伸至第四玻璃基板的上表面，且分别与四个耦合微带线连接；

第一同轴馈电端口和第三同轴馈电端口的同轴馈电内芯的下端分别与第一功分器的两端连接；第二同轴馈电端口、第四同轴馈电端口的同轴馈电内芯的下端分别与第二功分器的两端连接；

第五同轴馈电端口和第六同轴馈电端口的两个同轴馈电内芯的上端均穿过第六玻璃基板与第一功分器和第二功分器连接；

所述第三玻璃基板和第四玻璃基板内部设有第一金属过孔；第五玻璃基板的第六玻璃基板的内部设有第二金属过孔。

进一步地，所述微带贴片包括设置在第一玻璃基板上表面的第一微带贴片和第二微带贴片；所述挖孔微带贴片包括设置在第二玻璃基板上表面的第一挖孔微带贴片和第二挖孔微带贴片；所述第一挖孔微带贴片和第二挖孔微带贴片均设有中间挖孔。

进一步地，所述第一玻璃基板上表面还设有第一金属地板；所述第三玻璃基板上表面设有第三金属地板。

进一步地，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板的外部围设第二金属地板，且所述第二金属地板的上下两侧分别连接第一金属地板和第三金属地板。

进一步地，所述第三金属地板上设有四个H形缝隙，分别为：第一H形缝隙、第二H形缝隙、第三H形缝隙和第四H形缝隙。

进一步地，所述耦合微带线有四个，分别为：第一耦合微带线、第二耦合微带线、第三耦合微带线和第四耦合微带线。

进一步地，所述第四玻璃基板为两块矩形板状结构，其中一块的上表面设置有第一耦合微带线和第二耦合微带线，另一块的上表面设置有第三耦合微带线和第四耦合微带线。

进一步地，所述第五玻璃基板的上表面设有第五金属地板。

一种非规则圆极化玻璃基阵列天线的馈电方法，阵列天线由多个子阵单元排布而成，每个子阵单元独立馈电，且多个子阵单元的馈电方式相同；馈电方法包括：

步骤S1：馈电；通过最底部的第五同轴馈电端口和第六同轴馈电端口进行馈电；

步骤S2：通过第一功分器和第二功分器以及第一同轴馈电端口、第二同轴馈电端口、第三同轴馈电端口和第四同轴馈电端口将电信号传递至耦合微带线；

步骤S3：耦合微带线通过H形缝隙将能量耦合传输给微带贴片；通过耦合微带线和微带贴片间的电磁耦合将电信号转换为电磁波信号；

步骤S4：子阵单元通过第一微带贴片和第二微带贴片进行电磁波信号的空间辐射。

本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：

1.本发明提出一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，介质材料采用介电常数较低的玻璃基板，通过设计双层微带贴片的结构增加单元带宽。

2.本发明提出一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，通过设计金属过孔和H形缝隙的结构实现降低不同极化端口的隔离度，可实现阵列天线在大角度扫描时仍然有较低的驻波，较低的极化隔离度，良好的轴比与辐射效率等电性能指标。

3.本发明提出一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，通过功分器连接两个双圆极化天线单元，实现了对两个双圆极化天线单元的同步馈电；每个双圆极化天线单元均设有两个同轴馈电端口，双圆极化天线可以同时接收左旋圆极化和右旋圆极化信号。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；

图1为本发明的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线的子阵单元的整体结构侧视效果图；

图2为图1的子阵单元的立体结构示意图；

图3为图2中的子阵单元的第二层结构示意图；

图4为图2中的子阵单元的第三层结构示意图；

图5为图2中的子阵单元的第三层结构隐去第三金属地板的结构示意图；

图6为图2中的子阵单元的第四层结构示意图；

图7为图2中的子阵单元的第五层结构示意图；

图8为图2中的子阵单元的第六层结构示意图；

图9为图2中的子阵单元的第七玻璃基板底部视图；

图10为非规则子阵阵列天线的排布示意图一；

图11为非规则子阵阵列天线的排布示意图二；

图12为8*8非规则子阵阵列的总体结构示意图；

图13为图4中的8*8非规则子阵阵列的分层结构示意图。

附图标记：

1-子阵单元；

11-第一玻璃基板；12-第二玻璃基板；13-第三玻璃基板；14-第四玻璃基板；15-第五玻璃基板；16-第六玻璃基板；17-第七玻璃基板；18-第一同轴馈电端口；19-第二同轴馈电端口；20-第三同轴馈电端口；21-第四同轴馈电端口；22-第五同轴馈电端口；23-第六同轴馈电端口；24-第一金属过孔；25-第二金属过孔；

101-第一金属地板；102-第一微带贴片；103-第二微带贴片；

201-第一挖孔微带贴片；202-第二挖孔微带贴片；203-中间挖孔；204-第二金属地板；

301-第三金属地板；302-第一H形缝隙；303-第二H形缝隙；304-第三H形缝隙；305-第四H形缝隙；

401-第一耦合微带线；402-第二耦合微带线；403-第三耦合微带线；404-第四耦合微带线；405-第四金属地板；

501-第五金属地板；502-第一功分器；503-第二功分器；

601-第六金属地板；701-第七金属地板。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，如图10-图13所示，本发明的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，由多个子阵单元1不规则排列组成。本发明采用两个双圆极化天线单元横向或纵向排列组成1*2的子阵单元1，进而通过功分器连接两个天线单元进行馈电，且功分器馈电端口由波导馈电。

具体地，本发明的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线由1*2的子阵单元1不规则排列组成n*m的阵列天线，其中，n为阵列天线每一横排的双圆极化天线单元的数量，m为阵列天线每一纵排的双圆极化天线单元的数量，且n、m均为大于2的自然数。

下面分三个部分内容说明本发明的技术方案：

（I）第一部分：子阵单元的结构组成

如图1、图2所示，子阵单元1为多层结构，其中介质层有7层，介质材料为玻璃基板。玻璃基板的介电常数为5，介质损耗角正切为0.011。

本发明的一种具体实施方式中，介质层厚度关系如图1所示，子阵单元1整体结构如图2所示。

子阵单元1为上下排布的多层结构，具体地，子阵单元1自上而下依次为：第一层：微带贴片层；第二层：挖孔微带贴片层；第三层：H形缝隙层；第四层：耦合微带线层；第五层：功分器层；第六层：同轴馈电层；第七层：馈电端口层。

1）具体地，第一层：微带贴片层，包括：第一玻璃基板11、第一金属地板101、第一微带贴片102和第二微带贴片103。

第一玻璃基板11为具有四个L形切角的玻璃板组成；如图2、图3所示。第二玻璃基板12与第一玻璃基板11上下叠放且结构相同，如图2、图3所示。

如图2所示，第一金属地板101包括：L形金属板和T形金属板。

其中，L形金属板设置在第一玻璃基板11的四个边角处，且L形金属板与第一玻璃基板11最外侧的四个L形切角的边线连接。T形金属板设置在两个双圆极化天线单元的连接处，即T形金属板设置在子阵单元1的中部，且T形金属板与第一玻璃基板11中部的两个L形切角组成的T形切角的边线连接；如图2所示。

第一玻璃基板11的上表面设有第一微带贴片102和第二微带贴片103，且二者并列设置，如图2所示。

2）具体地，第二层：挖孔微带贴片层；包括：第二玻璃基板12、第一挖孔微带贴片201、第二挖孔微带贴片202和第二金属地板204。

第二玻璃基板12与第一玻璃基板11上下叠放且结构相同，如图2、图3所示。

第二金属地板204围设在第一玻璃基板11和第二玻璃基板12的外侧，且与第一金属地板101连接，如图2所示。

第一挖孔微带贴片201、第二挖孔微带贴片202均设有中间挖孔203；第一挖孔微带贴片201、第二挖孔微带贴片202设置在第二玻璃基板12的上表面，且第一挖孔微带贴片201、第二挖孔微带贴片202与第一微带贴片102、第二微带贴片103上下相对，如图2、图3所示。

第一金属地板101、第一玻璃基板11、第二玻璃基板12和第二金属地板204之间形成四个L形空腔和两个T形空腔，如图2、图3所示。

3）第三层：H形缝隙层，包括：第三玻璃基板13、第三金属地板301和H形缝隙。

其中，第三玻璃基板13为矩形板状结构；如图4所示；第三金属地板301设置在第三玻璃基板13的上表面，且第三金属地板301上设有两组H形缝隙，两组H形缝隙分别用于与第一微带贴片102和第二微带贴片103形成耦合。

第一组H形缝隙包括：第一H形缝隙302和第二H形缝隙303；且第一H形缝隙302和第二H形缝隙303相互垂直；如图4所示。

第二组H形缝隙包括：第三H形缝隙304和第四H形缝隙305；且第三H形缝隙304和第四H形缝隙305相互垂直；如图4所示。

4）第四层：耦合微带线层，包括：第四玻璃基板14、耦合微带线、第四金属地板405，如图3、图5、图6所示。

其中，第四玻璃基板14为与第三玻璃基板13形状尺寸相同的矩形板状结构；如图4、图5所示。

第四金属地板405围设在第四玻璃基板14和第三玻璃基板13的外部，且上方与第三金属地板301相连接，下方与第五金属地板501相连接。第四金属地板405与第四玻璃基板14和第三玻璃基板13之间围成一个环形的空腔。

本发明中，耦合微带线为矩形结构。耦合微带线设置在第四玻璃基板14的上表面，且位于第三玻璃基板13的下方。

耦合微带线有两组，第一组耦合微带线包括第一耦合微带线401和第二耦合微带线402，第二组耦合微带线包括第三耦合微带线403和第四耦合微带线404。具体地，第一耦合微带线401和第二耦合微带线402相互垂直，且与第一H形缝隙302和第二H形缝隙303上下对应，用于实现电信号与电磁波信号耦合；第三耦合微带线403和第四耦合微带线404相互垂直，且与第三H形缝隙304和第四H形缝隙305上下对应，用于实现电信号与电磁波信号耦合。

5）第五层：功分器层，包括：第五金属地板501、第五玻璃基板15、第一功分器502和第二功分器503，如图7所示。

其中，第五金属地板501设置在第五玻璃基板15的上表面，且第五金属地板501与第四金属地板405相连接。

如图6、图7所示，第五玻璃基板15的下表面设置第一功分器502和第二功分器503。

具体地，第一功分器502分别与第一同轴馈电端口18、第三同轴馈电端口20和第五同轴馈电端口22连接；用于将第五同轴馈电端口22传递的功率平均分配至第一同轴馈电端口18和第三同轴馈电端口20。

第二功分器503分别与第二同轴馈电端口19、第四同轴馈电端口21和第六同轴馈电端口23连接；用于将第六同轴馈电端口23传递的功率平均分配至第二同轴馈电端口19、第四同轴馈电端口21。

6）第六层：同轴馈电层，包括：同轴馈电端口、第六金属地板601和第六玻璃基板16。如图7、图8所示。

第六金属地板601设置在第六玻璃基板16的上表面。

同轴馈电端口包括：第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21、第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23，如图7、图8所示。

具体地，第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23作为第一级馈电端口，用于实现两个双圆极化天线单元的馈电。第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21作为第二级馈电端口，用于实现馈电信号的功率分配。

具体地，第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21的结构相同；第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23的结构相同；且六个同轴馈电端口均包括同轴馈电内芯和同轴馈电外壳。

进一步地，第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21的同轴馈电外壳的上端均延伸至第三玻璃基板13的上表面，且与第三金属地板301连接；如图4所示。第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21的同轴馈电外壳的下端均延伸至第七玻璃基板17的上表面，且与第七金属地板701连接。

第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21的同轴馈电内芯的上端均延伸至第四玻璃基板14的上表面与耦合微带线连接，且与第一耦合微带线401、第二耦合微带线402、第三耦合微带线403和第四耦合微带线404一一对应。

第一同轴馈电端口18、第三同轴馈电端口20的同轴馈电内芯的下端延伸至第五玻璃基板15的下表面且分别与第一功分器502的两端连接；第二同轴馈电端口19、第四同轴馈电端口21的同轴馈电内芯的下端延伸至第五玻璃基板15的下表面且分别与第二功分器503的两端连接。

即第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21的四个同轴馈电外壳均贯穿第三玻璃基板13、第四玻璃基板14和第五玻璃基板15。第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21的同轴馈电内芯贯穿第四玻璃基板14和第五玻璃基板15；第一同轴馈电端口18、第二同轴馈电端口19、第三同轴馈电端口20、第四同轴馈电端口21的同轴馈电外壳长于同轴馈电内芯。

进一步地，第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23的同轴馈电外壳的上端连接至第五玻璃基板15的上表面，且与第五金属地板501连接；下端贯穿第七玻璃基板17，如图8、图9所示。

第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23的两个同轴馈电内芯的上端均穿过第六玻璃基板16的上表面和第六金属地板601，且分别与第一功分器502和第二功分器503连接；用于实现功率分配。第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23的同轴馈电内芯的下端贯穿第七玻璃基板17与外接设备连接。

也就是说，第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23的同轴馈电外壳贯穿第五玻璃基板15、第六玻璃基板16和第七玻璃基板17，其同轴馈电内芯则仅贯穿第六玻璃基板16和第七玻璃基板17，连接至第五玻璃基板15的下表面的功分器；其同轴馈电外壳长于同轴馈电内芯。

进一步地，在第三玻璃基板13和第四玻璃基板14的内部设置多个第一金属过孔24；在第五玻璃基板15和第六玻璃基板16的内部设置多个第二金属过孔25；第一金属过孔24和第二金属过孔25均为金属管状结构，且第一金属过孔24围设在耦合微带线的四周，第二金属过孔25围设在同轴馈电端口、第一功分器502和第二功分器503的四周。

7）第七层：馈电端口层，包括：第七金属地板701和第七玻璃基板17，如图8、图9所示。

第七金属地板701设置在第七玻璃基板17的上表面。

8）工艺设计

上三层为辐射层，介质厚度不能太厚，否则会降低天线的辐射效率，介质厚度选用工艺精度上限（较薄），具体地，第一玻璃基板11、第二玻璃基板12和第三玻璃基板13的厚度均为0.15mm。

第4层是馈电层，在功分器的上面，为了使同轴外壳起到足够的防护作用，介质厚度选用工艺精度下限（较厚）厚度0.3mm。第四玻璃基板14和第五玻璃基板15的厚度为0.3mm。

第7层是馈电层，在功分器的下面，参考加工厂最成熟工艺精度，综合考虑成本，厚度选择0.2mm。具体地，第六玻璃基板16和第七玻璃基板17的厚度为0.2mm。

本阵列天线根据金属过孔的分布可以拆分为两个部分，上面两层介质组成的辐射层和下面五层介质组成的馈电层。

辐射层包含了两层切角的微带贴片，金属地板和玻璃基板中间挖空围成的腔体。两层微带贴片分别位于第一玻璃基板11的上表面和下表面。两层贴片的设计是为了拓展天线单元的带宽，加上本天线单元选用的玻璃基的介电常数本来就比硅基要低，而介电常数越低的介质设计出的天线一般带宽都会相应的增加，因此本天线单元可获得相对较宽的带宽。

两层贴片都进行了切角，切角是一种经典的微扰方法，使得贴片产生高次模，高次模与基模正交并且相位差90°即可产生圆极化辐射的电磁波。第二层微带贴片进行挖孔设计，调节单圆极化天线单元的阻抗，进而调节天线单元在不同扫描状态下的驻波。

馈电层包含了H型的缝隙，耦合微带线、功分器、同轴馈电内芯和同轴馈电外壳、金属过孔围成的腔体和中间挖空的腔体。

H型缝隙位于第三玻璃基板13的上表面；耦合微带线位于第四玻璃基板14下表面被挖空的槽体中；功分器位于第五玻璃基板15下表面被第二金属过孔25围成的腔体中。

第二金属过孔25贯穿第五玻璃基板15和第六玻璃基板16；上面四层介质都有中间挖空的腔体。通过设计金属过孔和挖空腔体的结构实现降低不同极化端口的隔离度，可实现阵列天线在大角度扫描时仍然有较低的驻波、较低的极化隔离度、良好的轴比与辐射效率等电性能指标。

阵列天线中接地的金属过孔的直径、金属过孔之间的最小圆心距离，金属过孔边缘到金属地板边缘的最小距离，这些参数均按照加工厂的实际工艺水平进行设计。

本发明的一种具体实施方式中，子阵单元1的多层金属地板的厚度设置为0.02mm。

（II）第二部分：子阵单元的阵列设计

1）非规则子阵阵列设计

多个子阵单元在n*m阵列天线内不规则排布即可组成非规则双圆极化玻璃基阵列天线。

阵列天线的非规则排布，可以是线性非规则排布或二元非规则排布。

非规则子阵采用子阵级的馈电，即每个子阵单元配用一个T/R模块。如图10-11所示，每个子阵含有2个或者多个天线单元，通过简要的功分网络对每一个天线单元进行馈电。子阵级的馈电一方面可以节约T/R组件的使用，另一方面有利于高频天线馈网的工程实现。

相较于传统的稀疏阵、稀布阵，非规则子阵为满阵激励，拥有更高的口径利用率。

2）8*8非规则化阵列天线设计

以双圆极化天线单元组成的子阵单元1构成的8*8非规则化阵列天线为例进行图示。8*8非规则阵列天线的排布如图12所示，阵列分层结构视图如图13所示。

3）本发明中，对多个子阵单元1在n*m阵列天线中的排布方向和排布顺序不作限定，以子阵单元1在n*m阵列天线中无重叠、无空位为标准。

（III）第三部分：仿真结果

本部分以8*8非规则化阵列天线为例进行仿真分析，得出本发明的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线的性能参数。

具体地，子阵单元的左旋圆极化在扫描至60°时候相比于不扫描增益下降大约8dB，在8*8的阵列大小中扫描60°的增益为13.1dB。

具体地，子阵单元的右旋圆极化在扫描至60°时候相比于不扫描增益下降大约8dB，在8*8的阵列大小中扫描60°的增益为13.2dB。

具体地，整体非规则圆极化玻璃基阵列天线的两个极化端口在扫描范围内，大部分端口的有源驻波都是低于3，并且不扫描的阵列轴比低于3dB，扫描至60°的阵列轴比低于5dB。

实施例2

本发明的一个具体实施例，提供一种实施例1的阵列天线的馈电方法。

具体地，本发明的阵列天线由多个子阵单元排布而成，子阵单元采用同轴馈电方式。如图1-9所示，每个子阵单元1独立馈电，且多个子阵单元1的馈电方式相同。一个子阵单元包含两个双圆极化天线单元，且两个双圆极化天线单元的馈电方式相同；因此，馈电过程仅针对标注出来的一半进行描述，另一半原理完全相同。

馈电过程如下：

步骤S1：馈电；

具体地，通过最底部的第五同轴馈电端口22和第六同轴馈电端口23进行馈电。

步骤S2：通过同轴馈电端口将电信号传递至耦合微带线。

步骤S21：第五同轴馈电端口22的同轴馈电内芯与第一功分器502相连。第六同轴馈电端口23的同轴馈电内芯与第二功分器503相连。电信号由第五同轴馈电端口22、第六同轴馈电端口23传递至第一功分器502、第二功分器503。

步骤S22：通过功分器进行功率分配。

第一功分器502将电信号传输到第一同轴馈电端口18和第三同轴馈电端口20的两个同轴馈电内芯，并实现功率的1:1分配。

对应地，第二功分器503将电信号传输到第二同轴馈电端口19和第四同轴馈电端口21的两个同轴馈电内芯，并实现功率的1:1分配。

步骤S23：同轴馈电内芯延伸到第四玻璃基板14上表面的耦合微带线。

具体地，第一同轴馈电端口18的同轴馈电内芯与第一耦合微带线401相连。第二同轴馈电端口19的同轴馈电内芯与第二耦合微带线402相连。第三同轴馈电端口20的同轴馈电内芯与第三耦合微带线403相连。第四同轴馈电端口21的同轴馈电内芯与第四耦合微带线404相连。并通过四个同轴馈电端口将电信号传递至四个耦合微带线。

步骤S3：通过耦合微带线和微带贴片间的电磁耦合将电信号转换为电磁波信号；耦合微带线通过H形缝隙将能量耦合传输给微带贴片。

具体地，第一耦合微带线401与第一H形缝隙302上下对应，第二耦合微带线402与第二H形缝隙303上下对应，且第一H形缝隙302和第二H形缝隙303与第一挖孔微带贴片201上下对应，第一挖孔微带贴片201与第一微带贴片102上下对应，实现第一个天线单元的耦合，将第五同轴馈电端口22传递的电信号转换成电磁波信号。

具体地，第三耦合微带线403与第三H形缝隙304上下对应，第四耦合微带线404与第四H形缝隙305上下对应，且第三H形缝隙304和第四H形缝隙305与第二挖孔微带贴片202上下对应，第二挖孔微带贴片202与第二微带贴片103上下对应，实现第二个天线单元的耦合，将第六同轴馈电端口23传递的电信号转换成电磁波信号。

步骤S4：子阵单元1通过第一微带贴片102和第二微带贴片103进行电磁波信号的空间辐射。并通过设有中间挖孔的第一挖孔微带贴片201和第二挖孔微带贴片202进行天线阻抗的调节。

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：

1.本发明提出一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，由双圆极化玻璃基天线单元横向或纵向排列组成的1*2子阵构成，具有与双圆极化玻璃基天线单元相同的特性，较宽的带宽、较低的端口隔离度、较低的驻波、较低的极化隔离度、良好的轴比与辐射效率等。

2.本发明的双圆极化天线组成的子阵单元1可用于构建W波段相控阵（二维）阵列天线，属于微型化广域毫米波无线通信系统技术，面向移动通信、超宽带、物联网等领域，具有广泛应用前景。

3.本发明提出一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，为了增强阵列天线子阵之间的屏蔽效果以及降低上下两部分的相互影响，子阵中的同轴馈电外壳比相对应的同轴馈电内芯设计得更长一些，功分器上面的第五玻璃基板15采用较厚的介质厚度。

4.本发明提出一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，在第五层和第六层介质中设计金属过孔围成的空间。通过设计金属过孔结构实现降低不同极化端口的隔离度，可实现阵列天线在大角度扫描时仍然有较低的驻波、较低的极化隔离度、良好的轴比与辐射效率等电性能指标。

5.本发明提出一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，为了提高阵列天线的辐射效率，第一层至第四层设计金属地板组成的空腔（挖空的腔体），第一层至第三层采用较薄的介质厚度，既使耦合微带线与H型缝隙、H型缝隙与微带贴片的距离缩小，有利于耦合，又使微带贴片向外辐射的损耗减小。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述阵列天线包括：多个非规则排布的子阵单元（1）；

所述子阵单元（1）为多层结构，自上而下包括：微带贴片层、挖孔微带贴片层、H形缝隙层、耦合微带线层、功分器层、同轴馈电层和馈电端口层；

所述微带贴片层包括：第一玻璃基板（11）和微带贴片；

所述挖孔微带贴片层包括：第二玻璃基板（12）和挖孔微带贴片；

所述H形缝隙层包括：第三玻璃基板（13）和H形缝隙；

所述耦合微带线层包括：第四玻璃基板（14）和耦合微带线；

所述功分器层包括：第五玻璃基板（15）和功分器，所述功分器用于连接多个同轴馈电端口并实现功率分配；

所述同轴馈电层包括：第六玻璃基板（16）和多个同轴馈电端口；

所述馈电端口层包括：第七玻璃基板（17）；

所述同轴馈电端口与耦合微带线连接；所述耦合微带线、H形缝隙和微带贴片自下而上依次设置；所述耦合微带线能够通过H形缝隙与微带贴片耦合实现电磁辐射；

所述第五玻璃基板（15）的下表面设有第一功分器（502）和第二功分器（503）；

所述同轴馈电端口有六个，所述同轴馈电端口均包括同轴馈电内芯和同轴馈电外壳；第一同轴馈电端口（18）、第二同轴馈电端口（19）、第三同轴馈电端口（20）、第四同轴馈电端口（21）的同轴馈电内芯的上端均延伸至第四玻璃基板（14）的上表面，且分别与四个耦合微带线连接；

第一同轴馈电端口（18）和第三同轴馈电端口（20）的同轴馈电内芯的下端分别与第一功分器（502）的两端连接；第二同轴馈电端口（19）、第四同轴馈电端口（21）的同轴馈电内芯的下端分别与第二功分器（503）的两端连接；

第五同轴馈电端口（22）和第六同轴馈电端口（23）的两个同轴馈电内芯的上端均穿过第六玻璃基板（16）与第一功分器（502）和第二功分器（503）连接；

所述第三玻璃基板（13）和第四玻璃基板（14）内部设有第一金属过孔（24）；第五玻璃基板（15）的第六玻璃基板（16）的内部设有第二金属过孔（25）。

2.根据权利要求1所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述微带贴片包括设置在第一玻璃基板（11）上表面的第一微带贴片（102）和第二微带贴片（103），所述挖孔微带贴片包括设置在第二玻璃基板（12）上表面的第一挖孔微带贴片（201）和第二挖孔微带贴片（202）。

3.根据权利要求2所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述第一挖孔微带贴片（201）和第二挖孔微带贴片（202）均设有中间挖孔（203）。

4.根据权利要求3所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述第一玻璃基板（11）上表面还设有第一金属地板（101）；所述第三玻璃基板（13）上表面设有第三金属地板（301）。

5.根据权利要求4所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述第一玻璃基板（11）和第二玻璃基板（12）的外部围设第二金属地板（204），且所述第二金属地板（204）的上下两侧分别连接第一金属地板（101）和第三金属地板（301）。

6.根据权利要求5所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述第三金属地板（301）上设有四个H形缝隙，分别为：第一H形缝隙（302）、第二H形缝隙（303）、第三H形缝隙（304）和第四H形缝隙（305）。

7.根据权利要求6所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述耦合微带线有四个，分别为：第一耦合微带线（401）、第二耦合微带线（402）、第三耦合微带线（403）和第四耦合微带线（404）。

8.根据权利要求7所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述第四玻璃基板（14）为两块矩形板状结构，其中一块的上表面设置有第一耦合微带线（401）和第二耦合微带线（402），另一块的上表面设置有第三耦合微带线（403）和第四耦合微带线（404）。

9.根据权利要求8所述的W波段的非规则圆极化玻璃基阵列天线，其特征在于，所述第五玻璃基板（15）的上表面设有第五金属地板（501）。

10.根据权利要求1-9任一项所述的非规则圆极化玻璃基阵列天线的馈电方法，其特征在于，所述阵列天线由多个子阵单元排布而成，每个子阵单元（1）独立馈电，且多个子阵单元（1）的馈电方式相同；所述馈电方法包括：

步骤S1：馈电；通过最底部的第五同轴馈电端口（22）和第六同轴馈电端口（23）进行馈电；

步骤S2：通过第一功分器（502）和第二功分器（503）以及第一同轴馈电端口（18）、第二同轴馈电端口（19）、第三同轴馈电端口（20）和第四同轴馈电端口（21）将电信号传递至耦合微带线；

步骤S3：耦合微带线通过H形缝隙将能量耦合传输给微带贴片；通过耦合微带线和微带贴片间的电磁耦合将电信号转换为电磁波信号；

步骤S4：子阵单元（1）通过第一微带贴片（102）和第二微带贴片（103）进行电磁波信号的空间辐射。

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