[发明专利]一种采用堆叠行波天线单元的低剖面宽带圆极化阵列天线

说明书

本发明公开了一种基于堆叠行波天线单元的低剖面宽带圆极化阵列天线，包括：由3段首尾相连的印刷在介质板两侧的金属层及连接2层的金属化通孔构成的圆极化天线单元、由金属化通孔腔体及4个天线单元构成的2×2天线子阵、由金属化通孔构成的16路全并行馈电网络、馈电层和金属腔及天线之间用于耦合馈电的缝隙、用于测试的接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide,GCPW)与基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)之间的转接结构。采用本发明的方法所设计的天线阵列可以采用印刷电路板工艺制作。该天线阵列能够在非常宽的频段内实现圆极化辐射。

技术领域

本发明涉及一种应用前景广泛的采用PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)技术制造的宽带圆极化天线阵列，属于天线技术领域

背景技术

天线是无线通信系统的重要组成部分。无线通信的快速发展，对体积小、成本低、高增益以及更宽带宽的天线阵列产生迫切需求。

圆极化天线能够接收来自任意天线的任意极化电磁波，可以有效地提高接收和辐射效率，因此被广泛地应用于实际的干扰与电子侦察中。圆极化天线可以利用喇叭天线、微带天线或背腔天线等多种天线形式实现。随着现代无线通信的快速发展，对低剖面易于平面集成、单向辐射、高增益、工作在毫米波频段、宽带化的圆极化天线阵列产生了很大需求。而现有的通过PCB印刷等形式加工的圆极化平面阵列天线的可用带宽通常不超过17％，难以满足毫米波频段日益增长的带宽需求。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种采用堆叠行波天线单元的低剖面宽带圆极化阵列天线，采用堆叠印刷结构的行波天线单元作为天线单元，在特殊边界条件下进行参数优化，利用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术进行馈电，实现了可以满足无线通信系统需要的、可应用于微波毫米波频段的、易于设计和加工的、低剖面易于平面集成的8×8宽带圆极化天线阵列。通过设计SIW缝隙耦合给堆叠印刷结构的行波天线单元进行馈电，并在特殊边界条件下进行参数优化，在远场激励起所需的宽带圆极化辐射；通过加入匹配金属化过孔，对SIW馈电网络中的T型结和H型结进行优化，实现了天线的馈电网络的宽带化。该天线具有定向辐射、低剖面、宽带圆极化、效率高等优点。

技术方案：一种采用堆叠行波天线单元的低剖面宽带圆极化阵列天线，包括天线层的介质板及8×8个印刷于其上的、由位于介质板上下表面的金属条带及连接它们的金属化过孔所构成的天线单元；隔开天线层与馈电网络层的介质板；由 两层SIW馈电网络构成的全并馈馈电网络；用于测试的接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide,GCPW)与SIW之间的GCPW-SIW转接结构。

所述天线层中，天线本体由天线层的介质板及8×8个印刷于其上的、由位于介质板上下表面的金属条带及连接它们的金属化过孔所构成的天线单元构成。其中，每个天线单元形状相等，其辐射部分由3段首尾相连的印刷在介质板两侧的金属层及连接两层的金属化通孔构成：将宽度固定、轨迹为阿基米德螺旋线的金属条带按比例分开，分别印刷于介质板两侧，并将印刷于介质板下侧的矩形金属条带与位于同侧的阿基米德螺旋线金属条带连接，通过连接两层的金属化通孔将两层金属化条带连接，构成天线单元的辐射部分。构成的天线可实现宽带右旋圆极化辐射。

所述的2层馈电网络中，上层馈电网络由印刷在介质层上的两层地板、4×4个由金属化过孔构成的矩形金属腔及在地板上下表面切割出的矩形条状缝隙构成。其中，每个矩形金属腔由沿矩形边缘排布的金属化过孔及沿两条长边中轴线排布的金属化过孔构成；通过其下层地板切割出的位于矩形金属腔中心的矩形缝隙条带，下层馈电网络向上层馈电网络馈电，激励矩形金属腔；通过其下层地板切割出的位于矩形金属腔边缘处的2×2矩形缝隙条带，矩形金属腔向天线层电磁耦合馈电。