[发明专利]一种基于基片集成波导的毫米波端射宽带圆极化双环阵列

说明书

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于基片集成波导的毫米波端射宽带圆极化双环阵列；该双环阵列包括：上层金属面、介质基板、下层金属面以及开环辐射单元组，介质基板设置在上层金属面和下层金属面之间；在上层金属面上设置有金属面开槽；开环辐射单元组通过锥形平行双线分别与上层金属面和下层金属面连接；在毫米波端射宽带圆极化双环阵列上设置有第一金属化过孔和第二金属化过孔；将上层金属面、介质基板和下层金属面从右向左依次划分为GCPW结构、GCPW‑SIW结构和SIW结构；本发明为单层介质板结构，加工难度简单，成本低；对比现有技术，在结构简单的基础上保持了宽3dB轴比带宽和高增益，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明本属于天线技术领域，具体涉及一种基于基片集成波导的毫米波端射宽带圆极化双环阵列。

背景技术

圆极化天线在移动性、灵活性、天气穿透、减少多径干扰方面具有优势。毫米波因其具有波长短、频率高、宽频带等特性，在诸多5G应用领域受到了广泛的关注。而平面端射天线由于其具有与基板平行的辐射特性以及低剖面等特点，在手持RFID阅读器、无人机(UAVs)以及自动驾驶等领域具有庞大的应用需求。因此，近年来，毫米波端射圆极化天线受到了国内外学者的广泛关注。

然而，由于毫米波具有传播损耗大、覆盖距离近等缺点，所以迫切需要高增益毫米波天线。而平面端射天线在实现圆极化的同时通常伴随着低增益。因此，如何在毫米波频段实现高增益的平面端射圆极化天线是当今所面临的一道难题。现有的一种提高毫米波端射圆极化天线增益的方法为引入额外结构。通过引入三层介质棒将天线的增益提高至12dBic，但是增加了天线的剖面高度。另一种更为简单且直接的方法被广泛地采用，即组成天线阵列。通过组成天线阵列显著地提高了天线的增益，但是其复杂的馈电网络占据了不少空间。此外，还有在复杂及庞大馈电网络的基础上引入反射金属块提高天线的增益，但却进一步增加了天线的总体高度。综上所述，现有的提高毫米波端射圆极化天线增益的方案或引入额外的结构，或增加了剖面高度以及天线的复杂程度，或使用庞大而复杂的馈电网络组成天线阵列，都不利于毫米波端射圆极化天线的简单化、小型化和集成化。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于基片集成波导的毫米波端射宽带圆极化双环阵列，该双环阵列包括：上层金属面、介质基板、下层金属面以及开环辐射单元组，介质基板设置在上层金属面和下层金属面之间；在上层金属面上设置有金属面开槽；开环辐射单元组通过锥形平行双线分别与上层金属面和下层金属面连接；在毫米波端射宽带圆极化双环阵列上设置有第一金属化过孔和第二金属化过孔；其中，第一金属化过孔贯穿上层金属面、介质基板以及下层金属面；第二金属过孔贯穿介质基板。

优选的，上层金属面开槽包括第一上层金属面开条和第二上层金属面开条，第一上层金属面开条和第二上层金属面开条均包括直线金属面开条和斜线金属面开条，其中直线金属面开条与斜线金属面开条连接。

进一步的，将上层金属面、介质基板和下层金属面从右向左依次划分为GCPW结构、GCPW-SIW结构和SIW结构；其中，GCPW结构由上层金属面开槽的直线金属面开条与其对应部分的上层金属面、介质基板、下层金属面以及第一金属化过孔共同组成；GCPW-SIW结构由上层金属面开槽的斜线金属面开条与其对应部分的上层金属面、介质基板、下层金属面以及第一金属化过孔共同组成；SIW结构由未设置上层金属面开槽所对应的上层金属面、介质基板以及下层金属面和该部分对应的第一金属化过孔组成。

优选的，开环辐射单元组包括至少1个开环辐射单元，开环辐射单元由两条偏移金属印刷条、两条开路金属印刷条、两条金属印刷条以及两个第三金属化过孔组成；上偏移金属印刷条与上开路金属印刷条连接，下偏移金属印刷条与下开路金属印刷条连接；一个第三金属化过孔贯穿上金属印刷条与上开路金属印刷条的连接处和下金属印刷条，另一个第三金属化过孔贯穿下金属印刷条与下开路金属印刷条的连接处和上金属印刷条。

进一步的，开环辐射单元组的开环辐射单元之间通过相位延迟线串行连接。