[实用新型]一种共面波导单点馈电背腔圆极化天线

说明书

技术领域

本实用新型属于微波技术领域，涉及一种基于基片集成波导技术构成的共面波导单点馈电背腔圆极化天线，可作为射频收发前端的天线，广泛应用在移动通信、卫星通信、雷达等无线通信系统，用于解决Faraday电磁旋转效应等造成的极化失配问题，同时还可以起到抑制雨雾干扰和抗多径反射的作用。

背景技术

做为通信系统的关键部件，天线被广泛地应用于无线通信场合。由于空间中电波传播的Faraday旋转效应，以及移动通信中的接收天线位置的不确定性，如果采用传统的单极化天线做为收发单元，需要收发天线极化匹配对准才能实现较好的接收效果。而圆极化天线辐射出来的等幅旋转场可以分解为幅度相等相位相差90度的两个正交线极化波，普遍应用于无线通信中解决极化失配的问题。同时由于圆极化波入射到对称目标时的旋向逆转特性，圆极化天线应用于移动通信、卫星通信领域还起到抑制雨雾干扰和抗多径反射的作用。因此设计高性能的圆极化天线不但可以避免极化失配而获取良好的接收效果，同时可以极大地缓解后续射频电路的指标压力，显著提高系统的性能、降低系统的成本。特别在卫星通信、射频识别等体积重量具有严格限制的无线通信应用场合，设计具有低轮廓的高性能圆极化天线尤其重要。

圆极化天线的实现方式多种多样，包括微带贴片天线、微带缝隙开槽天线、波导缝隙开槽天线、背腔圆极化天线以及螺旋天线等几种形式。微带形式的圆极化天线具有低轮廓易共形的优点，应用最为广泛。它的馈电方式主要有缝隙耦合馈电和同轴波导馈电两种方式，其中缝隙耦合馈电主要采用多层PCB工艺实现，对于国内的工艺来说价格高昂而且工艺不是很稳定。而同轴馈电方式虽然简单，但它不能和平面电路无缝集成，导致体积较大。波导缝隙开槽圆极化天线适用于阵列天线应用，单个辐射单元体积小，组成阵列体积紧凑，阵列天线具有主瓣宽度窄，方向图可以赋形，交叉极化电平低等优良特性，广泛应用于微波毫米波雷达通信系统中等。但是基于传统金属波导技术的天线体积大，加工工艺复杂，成本高昂，限制了它的广泛使用；背腔圆极化天线一般是由平面基片上实现的馈电、辐射单元和背面附加的金属腔体构成，这种天线的增益高，定向性好，但同样加工复杂成本高，体积大。为了解决这些问题Sievenpiper等人提出在基片上压嵌金属条的方式构成腔体结构，同时采用同轴在合适的位置对其进行馈电从而形成背腔圆极化天线。这种实现方式和以前的背腔圆极化天线相比体积大大减小，但是其加工成本仍然较高，同样无法平面集成；螺旋天线主要应用于地球站和卫星链路的空间应用当中，它具有增益高、轴率低、轴比带宽大等优点，但它的三维立体螺旋辐射结构决定了其具有体积大无法平面集成等缺点。综合目前圆极化天线的研究现状可知，仍然需要研究采用新工艺新结构来实现低成本低轮廓的高性能圆极化天线。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于基片集成波导技术构成的低轮廓背腔圆极化天线，这种新型圆极化天线辐射性能好，增益高，轮廓低，可无缝平面集成，结构简单，易于设计，易于加工，成本低。该圆极化天线与现有背腔圆极化天线相比体积大大减小，制造成本显著降低。

本实用新型的共面波导单点馈电背腔圆极化天线包括介质基片，介质基片的两面镀有金属层，分别是上金属层和下金属层，其中下金属层作为地层；上金属层蚀刻有用于馈电的微带线和共面波导传输线，共面波导传输线是共地共面波导结构，其中间金属条带向外延伸，作为微带线；贯穿上金属层、介质基片和下金属层开有通孔，通孔内壁镀有金属，形成金属化通孔；多个金属化通孔顺序排列为正方形，形成正方形的基片集成波导腔体，基片集成波导腔体各边上的金属化通孔的孔间距相同。共面波导传输线由基片集成波导腔体的一角伸入基片集成波导腔体内，金属条带的中心线与基片集成波导腔体的对角线重合；下金属层对应基片集成波导腔体的区域内蚀刻有两条宽度相同且垂直相交的长条形辐射缝隙，两条辐射缝隙分别与基片集成波导腔体的两条垂直的边平行，两条辐射缝隙的交叉点与基片集成波导腔体的中心重合，且均以交叉点作为中心点。