本发明专利技术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，本发明专利技术通过将偶极子偏移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。本发明专利技术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。
A Millimeter Wave Broadband Wide Angle Circularly Polarized Antenna for Beam Scanning
【技术实现步骤摘要】
一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线
本专利技术属于圆极化天线
，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。
技术介绍
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.LiandK.Luk,“AWidebandCircularlyPolarizedAntennaforMicrowaveandMillimeter-WaveApplications,”IEEETrans.AntennasPropag.,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.YuandX.Chen,“AnalysisandDesignofaNovelCircularlyPolarizedAntipodalLinearlyTaperedSlotAntenna,”IEEETrans.AntennasPropag.,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.ParkandJ.Lee,“CompactCircularlyPolarizedAntennaWithWide3-dBAxial-RatioBeamwidth,”IEEEAntennasWirelessPropag.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.HuandZ.Nie,“Millimeter-wavecircularlypolarizedtapered-ellipticalcavityantennawithwideaxial-ratiobeamwidth,”IEEETrans.AntennasPropag.,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，本专利技术提供一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述的宽带毫米圆极化天线实现波束扫描的难题，提供一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线，用以实现天线较宽的轴比波束宽度，以及在较小尺寸下实现宽带宽角的圆极化特性，进而应用于波束扫描。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线，包括天线辐射结构与基片集成波导馈电结构，其中，所述基片集成波导馈电结构包括从下往上依次层叠的下金属覆铜层(3)、介质基板层(2)及上金属覆铜层(1)，所述下金属覆铜层(3)与上金属覆铜层(1)通过贯穿于介质基板层(2)的金属化孔连接，以形成基片集成波导；其特征在于，所述天线辐射结构与基片集成波导馈电结构共用介质基板层(2)，天线辐射结构包括介质基板层(2)、位于介质基板层(2)上的上层偶极子(11)及位于介质基板层下的下层偶极子(31)，所述上层偶极子(11)与下层偶极子(31)结构相同、设置方向相反，所述上层偶极子(11)、下层偶极子(31)分别与上金属覆铜层(1)、下金属覆铜层(3)相连，且两者与基片集成波导馈电结构水平方向的中心线保持有相同的偏移距离(即在垂直方向投影，两者相互不交叠)；所述上金属覆铜层(1)、下金属覆铜层(3)还分别开设有上缺口结构(12)、下缺口结构(32)，所述上缺口结构(12)与下缺口结构(32)分别对应于下层偶极子(31)与上层偶极子(11)设置；所述天线辐射结构中，偶极子对的辐射场与介质基板层中的辐射场幅相互垂直、幅度相同，并且具有90°相位差。进一步的，所述介质基板层的厚度为3λ/20～5λ/20，λ为工作波长，保证介质基板层中电场具有足够辐射能力：偶极子的辐射场的幅度以及相位通过偶极子以及缺口尺寸调节，偶极子和缺口的偏移量增加将增加偶极子的辐射幅度和相位延迟，合理调节偶极子以及缺口尺寸保持两辐射场幅度相同、相位相差90°，实现圆极化辐射特性。本专利技术的工作原理在于：所述的宽带宽角圆极化天线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，介质基板存在垂直于介质基板的场，当介质基板较厚其辐射能力较强，偶极子的辐射场与基板平行，介质基板的辐射场与偶极子的辐射场相互垂直，偶极子的辐射场相位滞后于介质基板的辐射场，优化偶极子以及缺口的尺寸与偏移量可使得两辐射场幅度相同相位相差90°，实现圆极化辐射特性；该天线实现宽带的主要原理为：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；缺口可增加大角度辐射能力，实现宽角圆极化特性。基于此，需要说明的是，在上述应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线的结构上，所述偶极子(上层偶极子、下层偶极子)的偏移量、偶极子的尺寸参数、及缺口结构的尺寸均可以通过仿真进行调节，只要满足上述“所述圆极化天线中，偶极子对的辐射场与介质基板层中的辐射场幅相互垂直、幅度相同，并且具有90°相位差”条件即可。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线，该天线采用带缺口的偶圆极化极子天线结构，并且使用基片集成波导进行馈电；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。附图说明图1为实施例中可应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线三维示意图图2为实施例中可应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线俯视示意图。图3为实施例中可应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线仰视示意图。图4为实施例中可应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线侧视。图5为实施例中毫米波宽带圆极化波束扫描天线示意图。图6为实施例中毫米波宽带圆极化波束扫描天线反射系数曲线。图7为实施例中毫米波宽带圆极化波束扫描天线轴比本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线，包括天线辐射结构与基片集成波导馈电结构，其中，所述基片集成波导馈电结构包括从下往上依次层叠的下金属覆铜层(3)、介质基板层(2)及上金属覆铜层(1)，所述下金属覆铜层(3)与上金属覆铜层(1)通过贯穿于介质基板层(2)的金属化孔连接，以形成基片集成波导；其特征在于，所述天线辐射结构与基片集成波导馈电结构共用介质基板层(2)，天线辐射结构包括介质基板层(2)、位于介质基板层(2)上的上层偶极子(11)及位于介质基板层下的下层偶极子(31)，所述上层偶极子(11)与下层偶极子(31)结构相同、设置方向相反，所述上层偶极子(11)、下层偶极子(31)分别与上金属覆铜层(1)、下金属覆铜层(3)相连，且两者与基片集成波导馈电结构水平方向的中心线保持有相同的偏移距离；所述上金属覆铜层(1)、下金属覆铜层(3)还分别开设有上缺口结构(12)、下缺口结构(32)，所述上缺口结构(12)与下缺口结构(32)分别对应于下层偶极子(31)与上层偶极子(11)设置；所述天线辐射结构中，偶极子对的辐射场与介质基板层中的辐射场幅相互垂直、幅度相同，并且具有90°相位差。...
【技术特征摘要】
1.一种应用于波束扫描的毫米波宽带宽角圆极化天线，包括天线辐射结构与基片集成波导馈电结构，其中，所述基片集成波导馈电结构包括从下往上依次层叠的下金属覆铜层(3)、介质基板层(2)及上金属覆铜层(1)，所述下金属覆铜层(3)与上金属覆铜层(1)通过贯穿于介质基板层(2)的金属化孔连接，以形成基片集成波导；其特征在于，所述天线辐射结构与基片集成波导馈电结构共用介质基板层(2)，天线辐射结构包括介质基板层(2)、位于介质基板层(2)上的上层偶极子(11)及位于介质基板层下的下层偶极子(31)，所述上层偶极子(11)与下层偶极子(31)结构相同、设置方向相反，所述上层偶极...
【专利技术属性】
技术研发人员：程钰间，夏飞扬，柏航，樊勇，张波，林先其，张永鸿，赵明华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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