CN213782267U - 一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，属于无线通信技术领域，包括金属盖板、介质基板、带状差分馈线对、寄生结构、圆极化辐射器，所述金属盖板设置在所述介质基板上，所述圆极化辐射器贯穿所述金属盖板设置，所述带状差分馈线对与所述寄生结构均设置在所述介质基板上。本实用新型采用双层板结构，不会产生层压偏差问题，同时也可以大大降低生产成本；并且直接利用差分馈电对的两个辐射臂和寄生结构，借助特殊形状的圆极化辐射器将信号辐射出去，简化了信号传输过程，大大降低了天线的复杂度；差分馈线对的位置方便实现芯片的自动化表贴，可满足芯片集成需求，有利于系统板的集成和大规模生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，具体涉及一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线。
背景技术
随着科学技术的发展，毫米波频段受到了越来越多的关注。由于其具有较宽的绝对带宽、波长短、特殊的大气传播特性等优点，在未来通信、雷达等系统中的应用存在巨大潜力。同时，差分信号运算更适合系统的高层次集成，提高系统的抗干扰能力以及减小系统的高次谐波干扰，提高系统的动态范围，采用差分信号工作的系统，若天线采用差分馈电方式，可以直接与后端系统相连，从而摆脱庞大的有损耗的巴伦的使用，提高接收噪声性能和发射功率效率。另一方面，相对于线极化，圆极化天线可以提供更有潜力的信道能力，圆极化信号有利于抑制多径干扰，抑制雨雾等天气的影响。
目前圆极化馈电方式大都数为非差分馈电，比较常见的有波导馈电、同轴馈电、单端馈电等，都不易于系统集成。再者，由于毫米波天线的物理尺寸比较小，在设计、加工等方面的困难严重限制了圆极化天线的实现途径。也有少数圆极化馈电方式采用差分馈电的方式，但它们结构都较为复杂，不易加工，难以保证天线的设计性能。因此，提出一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于：如何解决现有圆极化天线在差分馈电方式下存在的结构复杂、不易加工、难以保证天线设计性能的问题，提供了一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本实用新型包括金属盖板、介质基板、带状差分馈线对、寄生结构、圆极化辐射器，所述金属盖板设置在所述介质基板上，所述圆极化辐射器贯穿所述金属盖板设置，所述带状差分馈线对与所述寄生结构均设置在所述介质基板上，位于所述金属盖板与所述介质基板之间。
更进一步地，所述介质基板的上表面设置有上层金属薄膜，下表面设置有下层金属薄膜，所述带状差分馈线对、所述寄生结构均与所述上层金属薄膜共面。
更进一步地，所述圆极化辐射器为管状结构，包括交变段，所述交变段的底部口径形状为圆形，沿底部向上口径形状取几何中心重合的圆形与矩形相交的交集，所述交变段的上部口径形状的圆形尺寸以底部口径形状的圆形尺寸为基础渐变增大。
更进一步地，所述上部口径形状的圆形圆心与所述底部口径形状的圆形圆心在同一直线上。
更进一步地，所述圆极化辐射器还包括过渡段，所述过渡段的顶部与所述交变段的底部连接，所述过渡段底部与所述交变段的底部口径形状均为同尺寸的圆形。
更进一步地，所述上层金属薄膜上开设有与所述交变段的底部口径、位置相匹配的圆形开孔，所述圆形开孔的圆心与所述交变段的底部口径圆心在一条直线上。
更进一步地，所述圆形开孔上设置有供所述带状差分馈线对布置的预留开口。
更进一步地，所述带状差分馈线对包括两条平行设置在所述介质基板上表面的金属带线，所述金属带线的末端设置有辐射臂，所述金属带线与所述辐射臂一体成型，两条所述金属带线的辐射臂之间的夹角为180°，所述辐射臂与所述金属盖板的长边具有一定夹角。
更进一步地，所述带状差分馈线中较短的所述金属带线上设置有用于保证两条金属带线电长度相同的多条阶梯阻抗线，所述金属带线与阶梯阻抗线一体成型。
更进一步地，所述寄生结构的宽度不保持一致，所述寄生结构的长边与所述辐射臂间隔平行设置。
本实用新型相比现有技术具有以下优点：该双层差分馈电圆极化天线，采用双层板结构，不会产生层压偏差问题，同时也可以大大降低生产成本；并且直接利用差分馈电对的两个辐射臂和寄生结构，借助特殊形状的圆极化辐射器将信号辐射出去，简化了信号传输过程，大大降低了天线的复杂度；差分馈线对的位置方便实现芯片的自动化表贴，可满足芯片集成需求，有利于系统板的集成和大规模生产，值得被推广使用。
附图说明
图1是本实用新型实施例一中圆极化天线的结构示意图；
图2是本实用新型实施例一中带状差分馈线对的俯视结构示意图；
图3是本实用新型实施例二中的同一平面内收发线阵的示意图；
图4是本实用新型实施例三中的同一平面内收发面阵的示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型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，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，主要包括金属盖板101、介质基板105、带状差分馈线对106、寄生结构103。
所述金属盖板101内部设置有圆极化辐射器102，所述圆极化辐射器102为一种从下至上口径逐渐增大的空心金属管状结构。
所述金属盖板101沿所述带状差分馈线对106长度方向的部分被切割，以满足芯片集成需求；所述介质基板105与所述金属盖板101宽度相同；所述介质基板105下表面印刷有上层金属薄膜，所述介质基板105上表面印刷有下层金属薄膜，上层金属薄膜上设置圆形开孔104、带状差分馈线对106以及寄生结构103，圆形开孔104的四周设置数量若干个的金属化过孔107。
所述带状差分馈线对106对包括两条相互平行设置的金属带线；所述带状差分馈线对106末端弯曲后张开180度形成类似偶极子天线的辐射臂，用于实现对寄生结构103的耦合馈电；辐射臂的长边与寄生结构103形成平行关系；带状差分馈线对106与金属盖板101的长边成一定大小的夹角，所述带状差分馈线两边均设置数量若干的金属化过孔107。
所述带状差分馈线对106的宽度和两金属带线之间的间距根据传输线理论进行设计及调整。
所述介质基板105厚度为h1，相对介电常数为εr。
所述辐射臂的尺寸约为0.8λ，其中λ为中心频率对应波长。
所述寄生结构的长边尺寸约为0.4λ，其中λ为中心频率对应波长。
所述金属盖板101的高度为h2。
如图2所示，本实施例的所述带状差分馈线对106中的一条金属带线上设置有若干条阶梯阻抗线，以保证两条金属带线电长度相同。
本实施例的工作原理是：当该天线工作时，信号从带状差分馈线对106的一端馈入，通过其末端的辐射臂耦合到寄生结构103，引起辐射臂和寄生结构103一起谐振辐射。辐射出的线极化信号经过圆极化辐射器102时可分解为平行金属盖板101短边的极化分量和平行于金属盖板101长边的极化分量。由于圆极化辐射器102长边和短边的尺寸不相同，导致两个极化分量的传播常数不同，因此两个极化分量沿圆极化辐射器102传播至辐射口面时相位差接近90°，根据圆极化电磁波形成机理，两个极化分量叠加最后形成圆极化电磁波向空间辐射。
实施例二
如图3所示，图3为本实施例的双层差分馈电圆极化天线线阵，阵列规模8×8。所述线阵中天线单元采用实施例一中的双层差分馈电圆极化天线。
实施例三
如图4所示，图4为本实施例的双层差分馈电圆极化天线面阵，阵列规模8×8。所述面阵中天线单元采用实施例一中的双层差分馈电圆极化天线。
综上所述，本实施例的应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，采用双层板结构，不会产生层压偏差问题，同时也可以大大降低生产成本；并且直接利用差分馈电对的两个辐射臂和寄生结构，借助特殊形状的圆极化辐射器将信号辐射出去，简化了信号传输过程，大大降低了天线的复杂度；差分馈线对的位置方便实现芯片的自动化表贴，可满足芯片集成需求，有利于系统板的集成和大规模生产。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：包括金属盖板、介质基板、带状差分馈线对、寄生结构、圆极化辐射器，所述金属盖板设置在所述介质基板上，所述圆极化辐射器贯穿所述金属盖板设置，所述带状差分馈线对与所述寄生结构均设置在所述介质基板上，位于所述金属盖板与所述介质基板之间。
2.根据权利要求1所述的一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：所述介质基板的上表面设置有上层金属薄膜，下表面设置有下层金属薄膜，所述带状差分馈线对、所述寄生结构均与所述上层金属薄膜共面。
3.根据权利要求2所述的一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：所述圆极化辐射器为管状结构，包括交变段，所述交变段的底部口径形状为圆形，沿底部向上口径形状取几何中心重合的圆形与矩形相交的交集，所述交变段的上部口径形状的圆形尺寸以底部口径形状的圆形尺寸为基础渐变增大。
4.根据权利要求3所述的一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：所述上部口径形状的圆形圆心与所述底部口径形状的圆形圆心在同一直线上。
5.根据权利要求4所述的一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：所述圆极化辐射器还包括过渡段，所述过渡段的顶部与所述交变段的底部连接，所述过渡段底部与所述交变段的底部口径形状均为同尺寸的圆形。
6.根据权利要求5所述的一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：所述圆形开孔上设置有供所述带状差分馈线对布置的预留开口所述带状差分馈线对包括两条平行设置在所述介质基板上表面的金属带线，所述金属带线的末端设置有辐射臂，所述金属带线与所述辐射臂一体成型，两条所述金属带线的辐射臂之间的夹角为180°，所述辐射臂与所述金属盖板的长边具有一定夹角。
7.根据权利要求6所述的一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：所述带状差分馈线中较短的所述金属带线上设置有用于保证两条金属带线电长度相同的多条阶梯阻抗线，所述金属带线与阶梯阻抗线一体成型。
8.根据权利要求7所述的一种应用于毫米波频段的双层差分馈电圆极化天线，其特征在于：所述寄生结构的宽度不保持一致，所述寄生结构的长边与所述辐射臂间隔平行设置。
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