[发明专利]一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线

说明书

本发明属于圆极化天线技术领域，提供一种应用于扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线，其辐射结构由带偏移量的偶极子以及缺口组成，并由基片集成波导馈电；天线使用厚度为3λ/20～5λ/20的基板，介质基板的辐射场与偶极子的辐射场相互垂直，调节偶极子及缺口结构的尺寸与偏移量使得两辐射场幅度相同、相位相差90°，实现圆极化辐射特性；同时，本发明通过将偶极子偏移SIW中心以及加入缺口结构可在宽带范围内平衡两辐射场的相位；缺口结构可增加大角度辐射能力，实现宽角圆极化特性。本发明能够在较小尺寸下实现了宽带宽角的圆极化特性，解决了在毫米波实现圆极化波束扫描的难题，可应用于大角度圆极化波束扫描阵列。

技术领域

本发明属于圆极化天线技术领域，具体为一种应用于波束扫描的宽带宽波束毫米波圆极化天线。

背景技术

毫米波频段具有丰富的频谱资源、具有较宽的通信带宽，可提供数据传输率为G/s高速无线通信；毫米波的波长短，设备较小便携；毫米波波段更加容易在较小口径到较大的增益，可提高系统的分辨率以及抗干扰能力。然而毫米波通信也面临众多挑战，毫米波具有更大空间传播损耗以及大气吸收，因此需要高增益天线来补偿电磁能量的空间损耗。高增益使得覆盖范围减小，具有扫描特性的阵列天线是很好的选择。线极化天线在毫米波波段可能面临对准误差导致极化失配等问题，圆极化天线可减小极化失配以及多径干扰，同时在抑制雨雾干扰表现卓越。具有扫描能力的宽带毫米波宽带圆极化天线可很好满足上述需求。

各种形式的圆极化天线得到了研究，贴片天线，平面偶极子天线，端射八木天线被用来产生圆极化，但是这些天线的带宽十分有限。为拓宽天线的轴比带宽，一种圆极化电磁偶极子天线在“M.Li and K.Luk,“A Wideband Circularly Polarized Antenna forMicrowave and Millimeter-Wave Applications,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.62,no.4,pp.1872-1879,April2014.”中得到了研究，该天线利用鱼钩型贴片产生圆极化，可达到40％的轴比带宽。除此之外，文献“Y.Yao,X.Cheng,J.Yu and X.Chen,“Analysisand Design of a Novel Circularly Polarized Antipodal Linearly Tapered SlotAntenna,”IEEE Trans.Antennas Propag.,vol.64,no.10,pp.4178-4187,Oct.2016.”中公开一种宽带的圆极化渐变槽天线，通过引入渐变槽实现宽带的圆极化特性，其轴比带宽可达到34％。

以上的天线都着重研究增加天线轴比带宽而忽略了轴比波束宽度，然而较宽的轴比波束宽度对于拓宽圆极化扫描至关重要。因此，近年来有一些有效的方法实现较宽的轴比波束宽度，如文献“B.Park and J.Lee,“Compact Circularly Polarized Antenna WithWide 3-dB Axial-Ratio Beamwidth,”IEEE Antennas Wireless Propag.Lett.s,vol.15,pp.410-413,2016.”中通过加载电容的方式使增加轴比波束宽度；在毫米波波段，具有复杂馈电网络以及加载电容的方式将降低天线的可实现性以及天线的效率。文献“X.Bai,S.Qu,S.Yang,J.Hu and Z.Nie,“Millimeter-wave circularly polarized tapered-elliptical cavity antenna with wide axial-ratio beamwidth,”IEEETrans.Antennas Propag.,vol.64,no.2,pp.811-814,Feb.2016.”中公开一种背腔圆极化背腔天线，可在毫米波波段达到同时达到宽带以及宽角特性，但是这类天线具有加大的尺寸，应用于扫描将出现栅瓣。因此需要设计小型化毫米波宽带宽角圆极化天线以应用于扫描。

基于此，本发明提供一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线。

发明内容