圆极化及双圆极化波导阵列天线及其制作方法技术

本申请公开一种圆极化波导阵列天线、双圆极化波导阵列天线及其制作方法，本申请主要是在基片集成波导的上层金属面上设置了依序排列的圆极化缝隙结构，其中，每一个圆极化缝隙结构中包括两个互成一夹角的偏置斜缝，利用所述圆极化缝隙结构，在电磁波馈入时产生圆极化波，如此可单独构成单圆极化波导阵列天线或通过组合构成双圆极化波导阵列天线，该种天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的应用场景中。

【技术实现步骤摘要】
圆极化及双圆极化波导阵列天线及其制作方法
本申请涉及圆极化波导阵列天线技术，特别是涉及一种工作于大气窗口频段、能产生(双)圆极化波的(双)圆极化波导阵列天线及其制作方法。
技术介绍
圆极化波是指沿着传播方向看去，天线的辐射电场的轨迹随着时间在一个圆上旋转变化的辐射波。圆极化波是相对于线极化波而言的，线极化波是指电场随着时间在一条线上变化。和线极化波相比，圆极化波有很明显的优势。圆极化收发系统中的天线不再像线极化天线那样需要极化对准和极化匹配，否则将不能进行信号的传递。圆极化波对收发机天线本身的物理运动和电波传播过程中导致的极化旋转等变化不敏感，可以提高信道信号的可靠性与稳定性。因而具有双向圆极化波辐射特性的天线设计在以上无线通信系统中起着十分重要的作用。圆极化波按照旋向可以分为左旋圆极化波和右旋圆极化波。一般地，实现圆极化天线有两种手段，一是在线极化天线的基础上，例如喇叭天线，添加单独的圆极化器，使得线极化波转换为圆极化波，并进行辐射，得到圆极化辐射场；另一种手段是，采用可以直接产生圆极化场的结构形式，例如螺旋天线，并满足辐射条件，实现圆极化辐射场。然而，前一种手段会使得天线至少具有两种独立结构，影响系统的可靠性和稳定性，后一种手段中的圆极化辐射结构通常较为复杂，对于小型化、紧凑性和集成度均带来挑战。特别地，近些年，能够同时产生左旋圆极化波和右旋圆极化波的双圆极化天线也逐渐被相关研究人员所关注，然而，已知的相关双圆极化天线技术与结构而言，仍然存在着以下几个问题：1、天线增益普遍较低，很多双圆极化天线采用单个天线单元，很难做到较高增益。2、双圆极化阵列天线与电路的直接集成存在困难，尺寸不够紧凑，外形笨重。例如，利用传统金属波导结构实现双圆极化阵列天线，而这种结构想要实现与射频前端直接相连还存在一定的问题，且传统金属波导结构的集成度低及笨重等特点给使用上带来了一些限制。3、双圆极化天线的工作频率普遍不高，例如，大部分双圆极化天线结构适合工作频率低于30GHz的应用场景，尤其是低于20GHz的应用场景。
技术实现思路
鉴于以上所述相关技术的缺失，本申请的目的在于公开一种圆极化波导阵列天线、双圆极化波导阵列天线及其制作方法，用于解决相关技术中大部分双圆极化天线结构无法应用于毫米波频段的问题。为实现上述目的及其他目的，本申请实施例公开一种圆极化波导阵列天线，包括：基片集成波导，包括介质基片和形成于所述介质基片上的双排金属化过孔；所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面；所述双排金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向而分列于所述介质基片的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域；所述双排金属化过孔中的每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λg，s＜2d，d＜0.2a，其中，λg为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；圆极化缝隙线阵，包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述布置区域的上层金属面上的多个圆极化缝隙结构；相邻两个圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λg；所述多个圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的偏置斜缝，所述两个偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构或“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；其中，若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。本申请实施例另公开一种圆极化波导阵列天线的制作方法，包括：制作基片集成波导；所述基片集成波导包括介质基片和形成于所述介质基片上的双排金属化过孔，所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面，所述双排金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向而分列于所述介质基片的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域；所述双排金属化过孔中的每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λg，s＜2d，d＜0.2a，其中，λg为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；在所述基片集成波导上制作多个圆极化缝隙结构，形成圆极化缝隙线阵；所述多个圆极化缝隙结构沿着所述基片集成波导的长度方向设置，且，相邻两个圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λg；所述多个圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的偏置斜缝，所述两个偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构或“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；其中，若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。基于上述技术方案，本申请实施例所公开的圆极化波导阵列天线及其制作方法，通过在基片集成波导上制作形成了依序排列的圆极化缝隙结构，其中，每一个圆极化缝隙结构中包括两个错落布设且互成一夹角的偏置斜缝，利用所述圆极化缝隙结构，在电磁波馈入时产生圆极化波，如此可单独构成单圆极化波导阵列天线或通过组合构成双圆极化波导阵列天线，该种天线结构简单且工作效率较高，可适用于毫米波通信的应用场景中。本申请实施例又公开一种双圆极化波导阵列天线，其是由前述的至少两个圆极化波导阵列天线所组成，其中，在至少两个圆极化波导阵列天线中，带有“＜”型圆极化缝隙结构的圆极化波导阵列天线和带有“＞”型圆极化缝隙结构的圆极化波导阵列天线间隔布设。本申请实施例还公开一种双圆极化波导阵列天线的制作方法，包括：制作基片集成波导阵列，所述基片集成波导阵列由至少两个基片集成波导所组成；所述基片集成波导包括介质基片和形成于所述介质基片上的双排金属化过孔，所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面，所述双排金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向而分列于所述介质基片的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域；所述双排金属化过孔中的每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λg，s＜2d，d＜0.2a，其中，λg为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；在所述基片集成波导阵列的至少两个基片集成波导上依序间隔制作第一圆极化缝隙结构和第二圆极化缝隙结构以分别形成至少一第一圆极化缝隙线阵和至少一第二圆极化缝隙线阵；对于第一圆极化缝隙结构或第二圆极化缝隙结构，相邻两个圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λg，每一个圆极化缝隙结构包括两个错落布设且互成一夹角的偏置斜缝，所述两个偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构或“＞”型圆极化缝隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆极化波导阵列天线，其特征在于，包括：基片集成波导，包括介质基片和形成于所述介质基片上的双排金属化过孔；所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面；所述双排金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向而分列于所述介质基片的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域；所述双排金属化过孔中的每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λg，s＜2d，d＜0.2a，其中，λg为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；圆极化缝隙线阵，包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述布置区域的上层金属面上的多个圆极化缝隙结构；相邻两个圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λg；所述多个圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的偏置斜缝，所述两个偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构或“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；其中，若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。...

【技术特征摘要】
1.一种圆极化波导阵列天线，其特征在于，包括：基片集成波导，包括介质基片和形成于所述介质基片上的双排金属化过孔；所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面；所述双排金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向而分列于所述介质基片的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域；所述双排金属化过孔中的每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λg，s＜2d，d＜0.2a，其中，λg为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；圆极化缝隙线阵，包括沿着所述基片集成波导的长度方向设于所述布置区域的上层金属面上的多个圆极化缝隙结构；相邻两个圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λg；所述多个圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的偏置斜缝，所述两个偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构或“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；其中，若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波。2.根据权利要求1所述的圆极化波导阵列天线，其特征在于，所述基片集成波导的波导波长λg为7.0毫米至7.2毫米，所述基片集成波导的宽度a为5.3毫米至5.5毫米，所述基片集成波导的厚度b为1.55毫米至1.60毫米，所述金属化过孔的直径d为0.58毫米至0.62毫米，属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s为0.88毫米至0.92毫米。3.根据权利要求1所述的圆极化波导阵列天线，其特征在于，所述偏置斜缝为矩形缝隙，所述矩形缝隙的长度为2.3毫米至3.0毫米，所述矩形缝隙的宽度为0.25毫米至0.35毫米；属于同一个所述圆极化缝隙结构中的两个偏置斜缝的几何中心沿所述基片集成波导的长度方向上的间距m为1.7毫米至1.9毫米，所述偏置斜缝的几何中心至所述基片集成波导的中心线的偏置距离Os为1.13毫米至1.16毫米。4.一种圆极化波导阵列天线的制作方法，其特征在于，包括：制作基片集成波导；所述基片集成波导包括介质基片和形成于所述介质基片上的双排金属化过孔，所述介质基片包括上层金属面、中间介质基板、以及下层金属面，所述双排金属化过孔沿着所述介质基片的长度方向而分列于所述介质基片的相对两侧，所述双排金属化过孔之间形成一布置区域；所述双排金属化过孔中的每一个金属化过孔贯穿中间介质基板且使得上层金属面与下层金属面电导通，所述金属化过孔的直径d和属于同一排金属化过孔中相邻两个金属化过孔之间的圆心间距s满足条件：d＜0.2λg，s＜2d，d＜0.2a，其中，λg为所述基片集成波导的波导波长，a为所述基片集成波导的宽度；在所述基片集成波导上制作多个圆极化缝隙结构，形成圆极化缝隙线阵；所述多个圆极化缝隙结构沿着所述基片集成波导的长度方向设置，且，相邻两个圆极化缝隙结构的间距L满足：L＝λg；所述多个圆极化缝隙结构中的每一个包括两个错落布设且互成一夹角的偏置斜缝，所述两个偏置斜缝形成“＜”型圆极化缝隙结构或“＞”型圆极化缝隙结构，且，任一个所述偏置斜缝与所述基片集成波导的中心线的偏转角度呈45°至50°；其中，若电磁波顺着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生右旋圆极化波；若电磁波逆着“＜”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波顺着“＞”型圆极化缝隙结构馈入，则产生左旋圆极化波；若电磁波逆着“＞”型圆极化缝隙...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆兴芳，肖鹏飞，袁彩雷，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36