毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元及阵列天线制造技术

本发明专利技术涉及一种毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元及阵列天线，毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，包括单元本体，所述单元本体包括依次堆叠的辐射层单元、第一介质层单元、馈电层单元、第二介质层单元和金属接地层单元，在所辐射层单元上设有能产生90°相位差的缝隙结构；所述馈电层单元包括阻抗变换线，所述阻抗变换线与缝隙结构对应设置；在所述单元本体上设有与缝隙结构配合的半模基片集成波导谐振腔；所述缝隙结构与半模基片集成波导谐振腔的谐振频率为f1，所述阻抗变换线与缝隙结构耦合的频率为f2，

Millimeter wave half mode substrate integrated waveguide circularly polarized antenna unit and array antenna

The invention relates to a millimeter wave half mode substrate integrated waveguide antenna element and array antenna, millimeter wave half mode substrate integrated waveguide antenna unit, including the unit body, the unit body comprises a sequential stack layer radiation unit, a first dielectric layer unit, feeding unit, second layer dielectric layer unit and the metal ground stratigraphic unit, in the radiation layer is arranged on the slot structure unit can produce a phase difference of 90 DEG; the feed layer unit includes impedance transformation line, the impedance transformation line and set the corresponding slot structure; in the unit body is provided with a half mode substrate integrated waveguide resonant cavity structure with cracks the resonant frequency of the gap; structure and half mode substrate integrated waveguide resonator is F1, the impedance transformation line and slot structure coupling frequency is f2,

【技术实现步骤摘要】
毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元及阵列天线
本专利技术涉及毫米波基片集波导圆极化天线
，特别是涉及一种毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元及阵列天线。
技术介绍
近年来，随着毫米波技术的迅速发展，其在卫星通信、星载雷达、高精度制导以及下一代5G移动通信等各个领域被广泛应用。在许多应用场景中，系统要求毫米波天线具有很好的圆极化特性。目前常见的毫米波圆极化天线主要有微带结构和背腔结构。然而，微带结构存在损耗大、辐射效率低等缺点；具有四分之一波长高度的背腔圆极化天线不能满足低剖面、易集成、宽带化和小型化的设计要求。
技术实现思路
基于此，本专利技术在于克服现有技术的缺陷，提供一种毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元及阵列天线，来克服微带结构存在损耗大辐射效率低的缺点，并实现天线低剖面、易集成、宽带化和小型化的设计要求。一种毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，包括单元本体，所述单元本体包括依次堆叠的辐射层单元、第一介质层单元、馈电层单元、第二介质层单元和金属接地层单元，在所辐射层单元上设有能产生90°相位差的缝隙结构；所述馈电层单元包括阻抗变换线，所述阻抗变换线与缝隙结构对应设置；在所述单元本体上设有与缝隙结构配合的半模基片集成波导谐振腔；所述缝隙结构与半模基片集成波导谐振腔的谐振频率为f1，所述阻抗变换线与缝隙结构耦合的频率为f2，上述毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元是基于毫米波基片集成波导圆极化天线的改进。在毫米波基片集成波导圆极化天线的结构基础上对称减半，并采用阻抗变换线替换微带结构，阻抗变换线降低了损耗、提高了辐射效率。辐射层单元上的缝隙结构与半模基片集成波导谐振腔的谐振频率为f1，所述阻抗变换线与半模基片集成波导谐振腔的耦合频率为f2。在时，f1和f2之间能形成驻波小于2的带宽。如此在保证天线单元性能的条件下，减小毫米波基片集成波导圆极化天线单元尺寸，能实现了天线低剖面、易集成、宽带化和小型化的设计要求。在其中一个实施例中，所述半模基片集成波导谐振腔包括设于单元本体上的多个金属过孔，多个所述金属过孔沿半圆曲线或者半框线均匀分布于缝隙结构的一侧。结构简单，易于集成。在其中一个实施例中，所述金属过孔包括设于辐射层单元上的第一金属过孔、设于第一介质层单元的第二金属过孔，设于第一介质层单元的第二金属过孔，设于馈电层单元的第三金属过孔，设于第二介质层单元的第四金属过孔和设于金属接地层单元的第五金属过孔，所述第一金属过孔、第二金属过孔、第三金属过孔、第四金属过孔和第五金属过孔依次连通。馈电层单元设有的第三金属过孔将第二金属过孔和第四金属过孔连通，如此保证了金属过孔的连续完整。。在其中一个实施例中，所述金属过孔包括设于辐射层单元上的第一金属过孔、设于第一介质层单元的第二金属过孔，设于第二介质层单元的第四金属过孔和设于金属接地层单元的第五金属过孔，所述第一金属过孔、第二金属过孔、第四金属过孔和第五金属过孔依次连通。在第一介质层单元与第二介质层单元之间不存在间隔缝隙时，第二金属过孔和第四金属过孔直接连通，如此保证了金属过孔的连续完整。在其中一个实施例中，所述缝隙结构包括两条缝隙，两条缝隙相互垂直布置且在辐射层单元的边缘连通；或所述缝隙结构为45°单缝隙；或所述缝隙结构为螺旋形缝隙。采用这种结构，可以激励起两个幅度相等、相位相差90°的线极化波，使天线电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影形成一个圆，从而实现圆极化波的传播。在其中一个实施例中，所述阻抗变换线为阶梯阻抗变换线、渐变阻抗变换线或曲折阻抗变换线。所述阻抗变换线能够与辐射层单元的缝隙耦合，从而展宽天线的轴比带宽和阻抗带宽。在其中一个实施例中，所述两条缝隙的宽度相同，长度不同。所述结构可以产生两种正交的电场模式形成圆极化波向自由空间辐射。此种结构简化了双缝的设计，能实现通过改变双缝的长度来改变产生90°相位差。同时通过调整双缝的长度来能实现左旋圆极化天线或右旋圆极化天线。一种阵列天线，包括天线本体，所述天线本体包括依次堆叠的辐射层、第一介质层、馈电层、第二介质层、馈电网络层、第三介质层和金属接地层；在所述辐射层上设有四个能够产生90°相位差的缝隙结构，四个缝隙结构呈2×2阵列分布；所述馈电层包括四个阻抗变换线，四个所述阻抗变换线与四个缝隙结构一一位置对应；所述馈电网络层包括电性连接的外接信号端和四个内接信号端，所述四个外接信号端与四个阻抗变换线一一对应并电性连接；在所述天线本体上设有四个所述半模基片集成波导谐振腔，四个半模基片集成波导谐振腔与四个缝隙结构一一对应配合；所述四个缝隙结构顺时针旋转相位差增加90°或者减少90°。阵列天线在以毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元为原型的基础上，将毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元阵列化。此种方式，使得阵列天线在各个方向上的幅度大小相等，矢量末端旋转的轨迹是一个圆，就形成了一个圆极化阵列天线。在其中一个实施例中，还包括金属探针，穿过第二介质层的金属探针一端与所述内接电信号端连接，其另一端与阻抗变换线电性连接。使得馈电网络层与天线单元有效地集成在一起，避免了设计和加工的复杂性。在其中一个实施例中，所述半模基片集成波导谐振腔，包括设于单元本体上的多个金属过孔，多个所述金属过孔沿半圆曲线或者半框线均匀分布于缝隙结构的一侧；所述金属过孔包括设于辐射层上的第一金属过孔、设于第一介质层的第二金属过孔，设于第一介质层的第二金属过孔，设于馈电层的第三金属过孔，设于第二介质层的第四金属过孔，设于馈电网络层的第六金属过孔、设于第三介质层的第七金属过孔和设于金属接地层的第五金属过孔，所述第一金属过孔、第二金属过孔、第三金属过孔、第四金属过孔、第六金属过孔、第七金属过孔和第五金属过孔依次连通。在第一介质层与第二介质层之间存在间隔缝隙、且在第二介质层与第三介质层之间存在间隔缝隙时，第二金属过孔与第四金属过孔之间间隔有缝隙，第六金属过孔和第五金属过孔之间间隔有缝隙，馈电层设有的第三金属过孔将第二金属过孔和第四金属过孔连通，馈电网络层6A设有的第七金属过孔将第六金属过孔和第五金属过孔连通，如此保证了金属过孔的连续完整。附图说明图1为本专利技术实施例一所述的毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元的结构示意图；图2为图1的爆炸图；图3为多个金属过孔沿半框线均匀分布的结构示意图；图4为带有45°单缝隙的辐射层单元结构图；图5为带有螺旋形缝隙的辐射层单元结构图；图6为渐变阻抗变换线的结构示意图；图7为曲折阻抗变换线的结构示意图；图8为本专利技术实施例二所述的阵列天线的结构示意图；图9为图7的爆炸图；图10为辐射层的结构示意图；图11为本专利技术实施例二阵列天线的阻抗带宽曲线图；图12为本专利技术实施例二阵列天线的轴比带宽和增益变化曲线图。附图标记说明：1、辐射层单元，11、缝隙结构，111、两条缝隙，112、螺旋形缝隙，113、45°单缝隙，12、第一金属过孔，2、第一介质层单元，22、第二金属过孔，3、馈电层单元，31、阻抗变换线，311、阶梯阻抗变换线，312、渐变阻抗变换线，313、曲折阻抗变换线，32、第三金属过孔，4、第二介质层单元，42、第四金属过孔，5、金属接地层单元，52、第五金属过孔，1A、辐射层，1a、连接部，2A、第一介质层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，其特征在于，包括单元本体，所述单元本体包括依次堆叠的辐射层单元、第一介质层单元、馈电层单元、第二介质层单元和金属接地层单元，在所辐射层单元上设有能产生90°相位差的缝隙结构；所述馈电层单元包括阻抗变换线，所述阻抗变换线与缝隙结构对应设置；在所述单元本体上设有与缝隙结构配合的半模基片集成波导谐振腔；所述缝隙结构与半模基片集成波导谐振腔的谐振频率为f1，所述阻抗变换线与缝隙结构耦合的频率为f2，

【技术特征摘要】
1.一种毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，其特征在于，包括单元本体，所述单元本体包括依次堆叠的辐射层单元、第一介质层单元、馈电层单元、第二介质层单元和金属接地层单元，在所辐射层单元上设有能产生90°相位差的缝隙结构；所述馈电层单元包括阻抗变换线，所述阻抗变换线与缝隙结构对应设置；在所述单元本体上设有与缝隙结构配合的半模基片集成波导谐振腔；所述缝隙结构与半模基片集成波导谐振腔的谐振频率为f1，所述阻抗变换线与缝隙结构耦合的频率为f2，2.根据权利要求1所述的毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，其特征在于，所述半模基片集成波导谐振腔包括设于单元本体上的多个金属过孔，多个所述金属过孔沿半圆曲线或者半框线均匀分布于缝隙结构的一侧。3.根据权利要求2所述的毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，其特征在于，所述金属过孔包括设于辐射层单元上的第一金属过孔、设于第一介质层单元的第二金属过孔，设于第一介质层单元的第二金属过孔，设于馈电层单元的第三金属过孔，设于第二介质层单元的第四金属过孔和设于金属接地层单元的第五金属过孔，所述第一金属过孔、第二金属过孔、第三金属过孔、第四金属过孔和第五金属过孔依次连通。4.根据权利要求2所述的毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，其特征在于，所述金属过孔包括设于辐射层单元上的第一金属过孔、设于第一介质层单元的第二金属过孔，设于第一介质层单元的第二金属过孔，设于第二介质层单元的第四金属过孔和设于金属接地层单元的第五金属过孔，所述第一金属过孔、第二金属过孔、第四金属过孔和第五金属过孔依次连通。5.根据权利要求1所述的毫米波半模基片集成波导圆极化天线单元，其特征在于，所述缝隙结构包括两条缝隙，两条缝隙相互垂直布置且在辐射层单元的边缘连通；或所述缝隙结构为45°单缝隙；或所述缝隙结构为螺旋形缝隙。6.根据权利要求1所述的毫米波半模基...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏道一，朱永忠，
申请(专利权)人：广东曼克维通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44