本發(fā)明屬于天線，具體涉及一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線。
背景技術(shù)：
1、目前，設(shè)備數(shù)、傳輸環(huán)境和通信質(zhì)量對(duì)天線的設(shè)計(jì)有了更高的要求，相比于sub-6ghz，頻率更高的毫米波天線擁有更小體積、更小功耗并且有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆直媛屎桶踩?，也保證了5g通信需要的超高傳輸速率、超低時(shí)延、大信息容量的要求。天線作為終端的射頻器件，負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)送與接收，不僅要保證信號(hào)傳輸速率，也要考慮接收與發(fā)送信號(hào)的完整性，衛(wèi)星通信采用圓極化形式的天線，因?yàn)閳A極化電磁波能夠克服在穿過電離層時(shí)出現(xiàn)的法拉第旋轉(zhuǎn)，另一方面，相比于線極化波，圓極化波更容易實(shí)現(xiàn)極化匹配、減小多徑效應(yīng)帶來的影響，克服多種氣候的影響，減小失配。
2、與微波狀態(tài)下的波相比，毫米波頻率下的波會(huì)經(jīng)歷更嚴(yán)重的路徑損耗和阻塞，會(huì)嚴(yán)重降低信噪比。由于通信距離遠(yuǎn)，大氣中氧氣吸收造成的巨大傳播損耗，動(dòng)態(tài)的天氣等因素也會(huì)帶來電磁波能量的損耗，應(yīng)用于衛(wèi)星通信中的毫米波天線除了可以進(jìn)行圓極化輻射之外，還需要具有較高的增益及較寬的工作帶寬。隨著毫米波通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，提出一種新型毫米波天線的必要性和實(shí)際意義不言而喻。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，本發(fā)明大大拓展了圓極化天線在毫米波頻段的工作帶寬，可以在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)低軸比、高增益的左旋圓極化波，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理、剖面低，對(duì)移動(dòng)通信系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，包括第一介質(zhì)板，所述第一介質(zhì)板的正下方設(shè)置有第二介質(zhì)板；
3、所述第一介質(zhì)板的上表面設(shè)置有第二金屬層，所述第一介質(zhì)板的下表面設(shè)置有第一金屬層，所述第一金屬層上刻蝕有饋電耦合縫隙，所述第一介質(zhì)板中設(shè)置有第三金屬化通孔群；
4、所述第二介質(zhì)板的下表面設(shè)置有金屬地，所述第二介質(zhì)板中設(shè)置有第一金屬化通孔群和第二金屬化通孔群。
5、優(yōu)選地，所述第二金屬層包括一對(duì)平行四邊形金屬貼片、一對(duì)第一寄生貼片、第一矩形貼片、第二矩形貼片、第三矩形貼片及第四矩形貼片；所述第一矩形貼片以y軸為水平線，沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ1角度；所述第四矩形貼片以y軸為水平線，沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ2角度；所述θ1為45°，所述θ2為135°；
6、一對(duì)所述第一寄生貼片的形狀為平行四邊形；一對(duì)所述平行四邊形金屬貼片對(duì)稱分布在所述饋電耦合縫隙的兩側(cè)。
7、優(yōu)選地，所述第三金屬化通孔群包括四個(gè)第十九金屬化通孔，四個(gè)所述第十九金屬化通孔均勻分為兩排對(duì)稱設(shè)置在所述饋電耦合縫隙的兩側(cè)；每個(gè)所述第十九金屬化通孔的上端均與所述平行四邊形金屬貼片連接，下端均與所述第一金屬層連接。
8、優(yōu)選地，所述第一金屬化通孔群由若干金屬化通孔連接而構(gòu)成基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)，所述第一金屬化通孔群包括第一金屬化通孔、第二金屬化通孔、第三金屬化通孔、第四金屬化通孔、第五金屬化通孔、第六金屬化通孔、第七金屬化通孔、第八金屬化通孔、第九金屬化通孔、第十金屬化通孔、第十一金屬化通孔、第十二金屬化通孔、第十三金屬化通孔、第十四金屬化通孔、第十五金屬化通孔、第十六金屬化通孔、第十七金屬化通孔和第十八金屬化通孔。
9、優(yōu)選地，所述第二金屬化通孔群包括3個(gè)金屬化通孔，所述第二金屬化通孔群貫通所述第一金屬層、所述第二介質(zhì)板和所述金屬地；所述第二金屬化通孔群位于所述饋電耦合縫隙與所述基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)末端之間。
10、優(yōu)選地，所述第一金屬化通孔與所述第二金屬化通孔、所述第三金屬化通孔與所述第四金屬化通孔之間的寬度均為2.8mm，所述第五金屬化通孔與所述第六金屬化通孔、所述第七金屬化通孔與所述第八金屬化通孔之間的寬度均為3.4mm；所述第九金屬化通孔與所述第十金屬化通孔、所述第十一金屬化通孔與所述第十二金屬化通孔、所述第十三金屬化通孔與所述第十八金屬化通孔之間的寬度均為3mm，所述第十四金屬化通孔與所述第十五金屬化通孔、所述第十五金屬化通孔與所述第十六金屬化通孔、所述第十六金屬化通孔與所述第十七金屬化通孔之間的寬度均為0.6mm。
11、優(yōu)選地，所述第九金屬化通孔和所述第十金屬化通孔為半圓柱形，所述第一金屬化通孔、第二金屬化通孔、第三金屬化通孔、第四金屬化通孔、第五金屬化通孔、第六金屬化通孔、第七金屬化通孔、第八金屬化通孔、第十一金屬化通孔、第十二金屬化通孔、第十三金屬化通孔、第十四金屬化通孔、第十五金屬化通孔、第十六金屬化通孔、第十七金屬化通孔和第十八金屬化通孔均為圓柱形。
12、優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)板和所述第二介質(zhì)板均采用的是厚度為0.762mm，介電常數(shù)為2.2的rogers?5880板材。
13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
14、1.本發(fā)明中的金屬地、第二介質(zhì)板和第一金屬層構(gòu)成饋電層，第一介質(zhì)板和第二金屬層構(gòu)成輻射層，饋電層設(shè)置末端封閉的不規(guī)則基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)，在第一金屬層上刻蝕矩形饋電耦合縫隙，用于連接饋電層和輻射層，該結(jié)構(gòu)可以有效控制電磁能量從饋電層經(jīng)過饋電耦合縫隙到輻射層；位于輻射層的輻射貼片工作在諧振模式，相當(dāng)于一對(duì)電偶極子，電磁波從饋電層經(jīng)過饋電耦合縫隙至輻射貼片對(duì)下方，經(jīng)過貼片后輻射至自由空間，饋電耦合縫隙相當(dāng)于磁偶極子，通過調(diào)節(jié)輻射層厚度、第二金屬層相對(duì)于饋電耦合縫隙的位置，調(diào)節(jié)電偶極子和磁偶極子之間的相位差，使兩者在較寬的工作頻帶內(nèi)具有90°的相位差，實(shí)現(xiàn)圓極化波的輻射模式；從而將工作在窄頻模式下的圓極化天線的軸比帶寬展寬成寬頻帶工作模式，大大拓展了圓極化天線的工作頻帶。
15、2.本發(fā)明中的第二金屬層包括一對(duì)平行四邊形金屬貼片、一對(duì)第一寄生貼片和四個(gè)矩形貼片，有效增大輻射表面，提高天線增益。
16、3.本發(fā)明在饋電耦合縫隙和矩形基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)末端之間設(shè)置第二金屬化通孔群，構(gòu)成短路匹配結(jié)構(gòu)，可以微調(diào)附近的電磁場(chǎng)分布，改善阻抗匹配特性。
17、4.本發(fā)明在饋電耦合縫隙附近改變傳統(tǒng)矩形基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)寬度呈矩形，構(gòu)成感性窗，矩形基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)中的電磁能量通過感性窗耦合到饋電耦合縫隙，拓展天線的阻抗帶寬。
18、5.本發(fā)明保持了優(yōu)良的電磁特性，在很寬的頻段內(nèi)具有定向圓極化輻射特性，天線方向圖在寬頻帶內(nèi)保持了良好的一致性，具有優(yōu)良的阻抗帶寬特性和軸比帶寬特性，利于擴(kuò)展成大規(guī)模寬帶圓極化陣列天線。
19、6.本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，天線尺寸緊湊，整體尺寸僅為0.9λ×0.9λ×0.304λ，λ為天線中心頻率對(duì)應(yīng)諧振波長(zhǎng)，軸比帶寬較寬，饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有較寬帶寬，加工容易，且因?yàn)橹谱饔诮橘|(zhì)基片上，使用pcb技術(shù)，所以天線輪廓低、重量輕、利于大量生產(chǎn)、具有廣闊的應(yīng)用前景。
20、下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
1.一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，包括第一介質(zhì)板(2)，所述第一介質(zhì)板(2)的正下方設(shè)置有第二介質(zhì)板(5)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，所述第二金屬層(1)包括一對(duì)平行四邊形金屬貼片(103)、一對(duì)第一寄生貼片(101)、第一矩形貼片(102)、第二矩形貼片(104)、第三矩形貼片(105)及第四矩形貼片(106)；所述第一矩形貼片(102)以y軸為水平線，沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ1角度；所述第四矩形貼片(106)以y軸為水平線，沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ2角度；所述θ1為45°，所述θ2為135°；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，所述第三金屬化通孔群(3)包括四個(gè)第十九金屬化通孔(301)，四個(gè)所述第十九金屬化通孔(301)均勻分為兩排對(duì)稱設(shè)置在所述饋電耦合縫隙(401)的兩側(cè)；每個(gè)所述第十九金屬化通孔(301)的上端均與所述平行四邊形金屬貼片(103)連接，下端均與所述第一金屬層(4)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，所述第一金屬化通孔群(6)由若干金屬化通孔連接而構(gòu)成基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)，所述第一金屬化通孔群(6)包括第一金屬化通孔(601)、第二金屬化通孔(602)、第三金屬化通孔(603)、第四金屬化通孔(604)、第五金屬化通孔(605)、第六金屬化通孔(606)、第七金屬化通孔(607)、第八金屬化通孔(608)、第九金屬化通孔(609)、第十金屬化通孔(610)、第十一金屬化通孔(611)、第十二金屬化通孔(612)、第十三金屬化通孔(613)、第十四金屬化通孔(614)、第十五金屬化通孔(615)、第十六金屬化通孔(616)、第十七金屬化通孔(617)和第十八金屬化通孔(618)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，所述第二金屬化通孔群(7)包括3個(gè)金屬化通孔，所述第二金屬化通孔群(7)貫通所述第一金屬層(4)、所述第二介質(zhì)板(5)和所述金屬地(8)；所述第二金屬化通孔群(7)位于所述饋電耦合縫隙(401)與所述基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)末端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，所述第一金屬化通孔(601)與所述第二金屬化通孔(602)、所述第三金屬化通孔(603)與所述第四金屬化通孔(604)之間的寬度均為2.8mm，所述第五金屬化通孔(605)與所述第六金屬化通孔(606)、所述第七金屬化通孔(607)與所述第八金屬化通孔(608)之間的寬度均為3.4mm；所述第九金屬化通孔(609)與所述第十金屬化通孔(610)、所述第十一金屬化通孔(611)與所述第十二金屬化通孔(612)、所述第十三金屬化通孔(613)與所述第十八金屬化通孔(618)之間的寬度均為3mm，所述第十四金屬化通孔(614)與所述第十五金屬化通孔(615)、所述第十五金屬化通孔(615)與所述第十六金屬化通孔(616)、所述第十六金屬化通孔(616)與所述第十七金屬化通孔(617)之間的寬度均為0.6mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，所述第九金屬化通孔(609)和所述第十金屬化通孔(610)為半圓柱形，所述第一金屬化通孔(601)、第二金屬化通孔(602)、第三金屬化通孔(603)、第四金屬化通孔(604)、第五金屬化通孔(605)、第六金屬化通孔(606)、第七金屬化通孔(607)、第八金屬化通孔(608)、第十一金屬化通孔(611)、第十二金屬化通孔(612)、第十三金屬化通孔(613)、第十四金屬化通孔(614)、第十五金屬化通孔(615)、第十六金屬化通孔(616)、第十七金屬化通孔(617)和第十八金屬化通孔(618)均為圓柱形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于siw饋電的寬帶毫米波圓極化天線，其特征在于，所述第一介質(zhì)板(2)和所述第二介質(zhì)板(5)均采用的是厚度為0.762mm，介電常數(shù)為2.2的rogers?5880板材。