一种宽频带圆极化基片集成波导天线制造技术

一种宽频带圆极化基片集成波导天线，包括由下至上依次设置的天线激励层、功分器层以及天线辐射层；天线激励层、功分器层和天线辐射层均包括由下至上依次设置的下表面覆铜层、介质基板层以及上表面覆铜层，天线激励层与同轴线外导体相连接，采用宽频带线极化谐振腔结构天线单元、连续旋转馈电技术，将每个谐振腔所得到的一定幅度和相位的电磁波，通过四个连续旋转90°的宽频带线极化天线单元辐射，最终叠加形成比较好的圆极化波，从而使得天线的带宽大大增加，同时各层之间通过匹配缝隙耦合的方式，使得天线的能量通过开槽缝隙先馈至功分器层，再馈至天线辐射层的谐振腔内，极大地提高了天线辐射效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波器件加工领域，具体涉及一种宽频带圆极化基片集成波导天线。
技术介绍
随着微波技术向着更高频率发展，微波器件越来越趋向于小型集成化和量产化。金属波导元件由于体积大、成本高以及调试过程复杂等问题，其应用受到了严重制约，微带电路虽然结构紧凑、体积小、造价低，但是工作在高频带时其电磁辐射比较严重，传输损耗比较大。基片集成波导技术是近些年提出的一种集成于介质基片、具有低损耗特性的新型波导结构，它是在上下底面为金属覆铜层的低损耗介质基片上，通过合理的金属化通孔阵列排布，从而在介质基片上实现传统的金属波导功能。基片集成波导的传播特性与矩形金属波导类似，具有高Q值、低损耗、易集成等优点，并且可以利用PCB工艺加以实现，工艺简单。基片集成波导天线是基于基片集成波导技术而设计出来的天线，相比于传统天线，它在毫米波及其以上频段的传输损耗小，能够实现更高辐射效率，同时由于采用PCB技术加工，其加工简单、制作成本低。现有技术中名称为“基片集成波导圆极化天线”的专利，申请号为201310747193.2，该天线虽然满足了天线增益的需求，但由于此圆极化天线的相对带宽太窄(约为2.6％)，很难满足实际中的应用。名称为“一种宽带基片集成波导圆极化天线”，申请号为201310462528.6，该天线的性能比较优良，但其相对带宽还是较窄(约为14.5％)。由于圆极化天线的带宽在很大程度上影响着天线的实用程度，因此研制频带更宽、结构简单、成本低的圆极化基片集成波导天线是目前急需解决的一个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种宽频带圆极化基片集成波导天线，其频带较传统结构得到了有效提高，并且结构简单，加工制作的成本较低。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：包括由下至上依次设置的天线激励层、功分器层以及天线辐射层；所述的天线激励层、功分器层和天线辐射层均包括由下至上依次设置的下表面覆铜层、介质基板层以及上表面覆铜层，下表面覆铜层、介质基板层、上表面覆铜层上均设有金属化槽孔，天线激励层通过金属化槽孔将同轴线TEM波转化为基片集成波导TE10波；天线激励层与同轴线外导体相连接，天线激励层与功分器层之间通过开槽缝隙对电磁波进行耦合，功分器层使耦合的电磁波均分为四份并且使相位依次相差90°通过开槽缝隙馈入到天线辐射层中；所述的天线辐射层具有呈90°旋转对称的四个谐振腔结构天线单元，四个谐振腔结构天线单元均为宽带线极化工作模式，通过分别辐射线极化电磁波，叠加形成圆极化波。所述的天线激励层包括由下至上依次设置的第一下表面覆铜层、第一介质基板层以及第一上表面覆铜层，第一下表面覆铜层与同轴线外导体相连接，第一下表面覆铜层、第一介质基板层和第一上表面覆铜层上位置相对应的设置有同轴馈电通孔、用于连接固定的非金属化通孔以及布置在同轴馈电通孔外周上的金属化槽孔，第一上表面覆铜层的中心位置设置有用于将电磁波耦合至功分器层中的第一耦合开槽缝隙。所述的功分器层包括由下至上依次设置的第二下表面覆铜层、第二介质基板层以及第二上表面覆铜层，第二下表面覆铜层、第二介质基板层和第二上表面覆铜层上位置相对应的设置有金属化槽孔、用于连接固定的非金属化通孔以及用于预留同轴线焊点位置的空气孔，第二下表面覆铜层上设置有与第一耦合开槽缝隙位置对应、大小相等的第二耦合开槽缝隙，第二上表面覆铜层上关于平面中心对称设置有两对馈电开槽缝隙，并且相邻的两个馈电开槽缝隙夹角为90°。所述的天线辐射层包括由下至上依次设置的第三下表面覆铜层、第三介质基板层以及第三上表面覆铜层，第三下表面覆铜层、第三介质基板层和第三上表面覆铜层上位置相对应的设有四个由金属化槽孔组成的矩形单元，以及用于连接固定的非金属化通孔；所述第三下表面覆铜层上每个由金属化槽孔组成的矩形单元内部设置有与馈电开槽缝隙位置对应、大小相等的辐射开槽缝隙，第三上表面覆铜层上在每个由金属化槽孔组成的矩形单元内部设置有矩形开槽结构的天线单元。天线激励层、功分器层以及天线辐射层上的非金属化通孔位置对应、大小相等，非金属化通孔的数目均为七个，通过非金属化通孔进行各层之间无间隙连接固定。所述的介质基板层均采用ArlonAD430材料制成，相对介电常数为4.3，长宽均为48mm，厚度为2.02mm。所述的下表面覆铜层与上表面覆铜层长宽均为48mm，厚度为0.055mm。所述的金属化槽孔的宽度均为1mm。与现有技术相比，本专利技术的功分器层使电磁波均分为四份并且使相位依次相差90°通过开槽缝隙馈入到天线辐射层中，天线辐射层具有呈90°旋转对称的四个谐振腔结构线极化天线单元，采用连续旋转馈电技术，使每个谐振腔结构天线单元得到一定幅度和相位的电磁波，并且连续旋转90°向外辐射线极化波，最终叠加形成比较好的圆极化波，从而使得天线的带宽大大增加。天线激励层与功分器层之间通过开槽缝隙对电磁波进行耦合，功分器层再通过开槽缝隙将电磁波馈入到天线辐射层的谐振腔结构天线单元当中，极大地提高了天线辐射效率。通过天线激励层、功分器层以及天线辐射层叠加排列，极大程度的控制了天线尺寸，并使天线结构简单、紧凑，天线性能比较稳定。此外，本专利技术采用金属化槽孔结构代替了周期性金属化圆通孔，缩短了仿真时间，并且采用多层基片集成技术，能够通过现代工艺PCB技术加工制作，大大降低了制作的成本，也能够成批量生产，满足了生产要求。附图说明图1本专利技术的整体结构展开示意图；图2本专利技术天线激励层展开的结构示意图；图3本专利技术功分器层展开的结构示意图；图4本专利技术天线辐射层展开的结构示意图；图5本专利技术天线的仿真S11曲线图；图6本专利技术天线的仿真AR曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1，本专利技术天线从下到上分别由三层结构组成，依次为天线激励层1、功分器层2和天线辐射层3。天线经由同轴线馈电至天线激励层1，并将能量通过其上表面缝隙耦合至功分器层2，功分器层2对电磁波能量进行合理的功率分配并通过其上表面缝隙传输到天线辐射层3，天线辐射层3中的各个天线单元得到合理的电磁波幅度和相位激励后，将能量辐射至自由空间。本专利技术通过天线激励层1将同轴线的TEM模式转化为基片集成波导TE10模式，再通过缝隙耦合至功分器层2，功分器层2将耦合的电磁波能量四等分并依次产生90°相移送入天线辐射层3，天线辐射层3为四个90°依次旋转的谐振腔结构天线单元，四个天线单元均为线极化工作模式，分别辐射线极化电磁波，最终叠加形成圆极化波。该天线由于采用了宽频带线极化谐振腔结构天线单元、连续旋转馈电技术和基片集成波导技术，在36％左右的相对带宽内实现了良好的圆极化特性和阻抗匹配特性；同时天线采用多层介质基板层叠加结构，也使得天线整体结构简单紧凑、易加工，便于系统小型化和集成应用。参见图2，天线激励层1包括由下至上依次设置的第一下表面覆铜层101、第一介质基板层102和第一上表面覆铜层103。第一下表面覆铜层101上设有第一激励层同轴馈电通孔1011、第一激励层金属化槽孔1012和七个第一激励层非金属化通孔1013。其中第一下表面覆铜层101与同轴线外导体相连接，同轴线内导体与第一上表面覆铜层103相连接用于给天线馈电。第一介质基板层102上设有第二激励层同轴馈电通孔10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频带圆极化基片集成波导天线，其特征在于：包括由下至上依次设置的天线激励层(1)、功分器层(2)以及天线辐射层(3)；所述的天线激励层(1)、功分器层(2)和天线辐射层(3)均包括由下至上依次设置的下表面覆铜层、介质基板层以及上表面覆铜层，下表面覆铜层、介质基板层、上表面覆铜层上均设有金属化槽孔，天线激励层(1)通过金属化槽孔将同轴线TEM波转化为基片集成波导TE10波；天线激励层(1)与同轴线外导体相连接，天线激励层(1)与功分器层(2)之间通过开槽缝隙对电磁波进行耦合，功分器层(2)使耦合的电磁波均分为四份并且使相位依次相差90°通过开槽缝隙馈入到天线辐射层(3)中；所述的天线辐射层(3)具有呈90°旋转对称的四个谐振腔结构天线单元，四个谐振腔结构天线单元均为宽带线极化工作模式，通过分别辐射线极化电磁波，叠加形成圆极化波。

【技术特征摘要】
1.一种宽频带圆极化基片集成波导天线，其特征在于：包括由下至上依次设置的天线激励层(1)、功分器层(2)以及天线辐射层(3)；所述的天线激励层(1)、功分器层(2)和天线辐射层(3)均包括由下至上依次设置的下表面覆铜层、介质基板层以及上表面覆铜层，下表面覆铜层、介质基板层、上表面覆铜层上均设有金属化槽孔，天线激励层(1)通过金属化槽孔将同轴线TEM波转化为基片集成波导TE10波；天线激励层(1)与同轴线外导体相连接，天线激励层(1)与功分器层(2)之间通过开槽缝隙对电磁波进行耦合，功分器层(2)使耦合的电磁波均分为四份并且使相位依次相差90°通过开槽缝隙馈入到天线辐射层(3)中；所述的天线辐射层(3)具有呈90°旋转对称的四个谐振腔结构天线单元，四个谐振腔结构天线单元均为宽带线极化工作模式，通过分别辐射线极化电磁波，叠加形成圆极化波。2.根据权利要求1所述的宽频带圆极化基片集成波导天线，其特征在于：天线激励层(1)包括由下至上依次设置的第一下表面覆铜层(101)、第一介质基板层(102)以及第一上表面覆铜层(103)，第一下表面覆铜层(101)与同轴线外导体相连接，第一下表面覆铜层(101)、第一介质基板层(102)和第一上表面覆铜层(103)上位置相对应的设置有同轴馈电通孔、用于连接固定的非金属化通孔以及布置在同轴馈电通孔外周上的金属化槽孔，第一上表面覆铜层(103)的中心位置设置有用于将电磁波耦合至功分器层(2)中的第一耦合开槽缝隙(1033)。3.根据权利要求2所述的宽频带圆极化基片集成波导天线，其特征在于：所述的功分器层(2)包括由下至上依次设置的第二下表面覆铜层(201)、第二介质基板层(202)以及第二上表面覆铜层(203)，第二下表面覆铜层(201)、第二介质基板层(202)和第二上表面覆铜层(203...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天龄，郭超，张照明，陈蕾，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61