[发明专利]一种宽带基片集成波导圆极化天线

说明书

技术领域：

本发明属于通信领域，涉及一种基于基片集成波导技术的高增益圆极化天线，尤其是一种宽带基片集成波导圆极化天线。

背景技术：

天线在无线通信系统中担任着发射和接收电磁波的重要角色，除了能有效辐射或接收电磁波外，还承担着将高频电流(导波能量)转换为无线电磁波或把无线电磁波转换为高频电流(导波能量)的工作。天线无疑承担了最基本也是最不可或缺的重要角色，其性能的优劣将直接影响整个通信系统的好坏。

随着通信技术的发展，线极化方式已远不能满足工作要求，而圆极化天线的应用有时则显得非常重要，圆极化天线可以接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化的天线收到，可以抑制雨雾干扰和抗多径反射，因此可应用于通信，雷达，电子对抗等领域中，有着广泛的应用前景。

圆极化天线实现方式多种多样，从传输结构可划分为微带圆极化天线，波导圆极化天线等。微带圆极化天线虽然具有低剖面，高增益的优点，但是随着频率的升高，由于微带线本身的导体损耗，表面波损耗以及介质损耗增大，导致天线效率降低。波导圆极化天线功率容量大，但是体积大，另外与外围电路的集成难度增加。而基片集成波导技术正是结合了以上两种传输结构的优点，基片集成波导是在上下表面均为金属层的低损耗介质基片中排列多个金属化过孔代替波导光滑侧壁，从而与上下表面金属围成了一个准封闭的导波结构，以准TE₁₀模式工作。基片集成波导具有低损耗，高功率容量，高品质因数，易于集成，与传统波导相比加工成本低，不需要任何调试工作，非常适合做微波集成电路设计以及大批量生产。

综上所述，基于基片集成波导的天线具有低剖面，高增益，高效率，高功率容量，与外围电路集成度高等优点。对比文件[1](S工W-Based Array Antennas With Sequential Feeding for X-Band Satellite Communication，Vol.60，No.8，pp：3632-3639，August，2012.)中基片集成波导圆极化天线单元采用圆环缝隙加一个金属化过孔实现圆极化工作，过孔的位置影响圆极化特性的优劣。该天线采用同轴馈电，另外在馈电端口附近加入了一排金属化过孔用来调试阻抗匹配，增加天线的阻抗带宽。

该方案存在以下缺陷：

1.天线单元采用圆环缝隙加过孔馈电，实现圆极化，其轴比带宽较窄，只有2.3％。

2.在同轴馈电附近采用一排过孔进行阻抗匹配调试，增加了调试复杂度，最终天线单元带宽也只有6％。

3.天线单元增益较低，在天顶方向最大增益为6.63dBi。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种宽带基片集成波导圆极化天线，此种新型天线增益高，宽带宽，辐射特性好，设计简单，易于加工，成本低。该天线与现有基片集成波导圆极化天线相比，增益明显提高，圆极化带宽显著提升。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种宽带基片集成波导圆极化天线，包括介质基片，介质基片具有上金属层和下金属层，上金属层蚀刻出一个菱形的环状结构，该环状结构一部分接地，构成短路，在环状结构内部设置有贯通上金属层和下金属层的金属化过孔，以上菱形环状结构与金属化过孔作为辐射结构来实现圆极化波辐射，在缝隙周围设置有贯通上金属层和下金属层的多个金属化过孔顺序排列形成基片集成波导腔体，基片集成波导腔体由长方形区域加菱形区域构成，基片集成波导腔体的长方形区域内适当位置设置有同轴馈电结构；

所述金属化过孔贯穿介质基片的上金属层和下金属层，其内部设置有金属镀层。

所述同轴馈电结构位于基片集成波导短路壁大约四分之一波长处。

所述介质基片均采用Taconic的TLX-8，介电常数2.55，厚度1.52mm，损耗角正切0.0019。

所述宽带基片集成波导圆极化天线的使用方法，电磁波由同轴馈电，将电磁波引入到由菱形加长方形结构的基片集成波导腔体中，通过金属化过孔以及环形部分的短路线的激励，从而产生天线两个正交模式的谐振，两个正交模式的相位差为90度，进而实现了右旋圆极化波的辐射。

本发明的有益效果在于：

1.此新型基片集成波导天线结构简单，工作原理简单明了。设计过程中只需要调试菱形缝隙短路宽度以及金属化过孔位置就可以调节圆极化的轴比带宽，调节菱形缝隙的长度以及宽度，就可以调节其阻抗带宽。结构参数少，大大缩短了设计和优化时间。