本发明专利技术公开一种超宽带毫米波平面螺旋圆极化天线阵列。所述天线阵列采用多层PCB垂直排布结构，包括第一金属层、第一介质层、第一粘合层、第二介质层、第二粘合层、第二金属层、第三介质层和第三金属层。位于第一金属层的多个平面螺旋圆极化天线单元均包括一领结偶极子、以及两条螺旋金属臂；所述螺旋金属臂的宽度由窄逐渐变宽；第二金属层上刻蚀有耦合缝隙。第三金属层是基于微带线结构的功率分配馈电网络，通过耦合缝隙给平面螺旋圆极化天线耦合馈电。本发明专利技术通过引入一种新型的平面螺旋结构和耦合馈电方式，提高天线的阻抗带宽和轴比带宽。宽。宽。
【技术实现步骤摘要】
一种超宽带毫米波平面螺旋圆极化天线阵列
[0001]本专利技术属于天线
，涉及一种超宽带毫米波平面螺旋圆极化天线阵列，可应用于移动通信和卫星通信等领域。
技术介绍
[0002]近几年来，在各种实际和潜在应用的推动下，毫米波通信技术备受关注，例如5G毫米波通信、汽车雷达、毫米波卫星通信等应用。天线作为通信系统中重要组成部分，亦是关注的焦点。与之同时国际学者也对毫米波通信系统提出了新的挑战，即更快的传输速率，更低的网络时延，更高的网络稳定性，更低的功耗和更大的网络容量。为了实现毫米波通信系统中的高速率传输，设计宽带的毫米波天线是必须的。而在各种毫米波天线中，平面毫米波阵列天线因为高增益以及可以直接与射频前端集成的优点，所以非常有应用前景。
[0003]而且随着通信技术的不断发展，传统的线极化天线已经慢慢难以满足人们在通信方面的需求，圆极化波及圆极化天线所具有的特性则渐渐受到重视。相比于线极化天线，圆极化天线具有众多优点：圆极化天线能够接收任意线极化波，并且圆极化波可以用任意线极化天线接收；圆极化天线不会因为天线的偏转出现极化失配；圆极化波具有旋向正交特性，左右圆极化互相不干扰；圆极化波在反射时会旋向逆转，具有更高的抗多径干扰特性。因此，圆极化天线被广泛应用于雷达、遥感遥测、卫星通信、电子对抗等方面。综上所述，具有宽频带的毫米波平面圆极化天线阵列在雷达，5G通信、卫星通信等方面有很大的应用前景。而现有的通过PCB工艺加工的毫米波平面圆极化天线阵列的带宽通常不超过40％，仍然有提高的空间。并且近年来毫米波通信技术快速发展，目前覆盖整个Ka波段的超宽带平面圆极化天线阵列还有待解决，而本专利技术针对5G毫米波通信和Ka波段卫星通信应用提出了覆盖整个Ka波段的超宽带平面圆极化天线阵列。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是针对毫米波技术中存在的问题与不足，提供了一种超宽带毫米波平面螺旋圆极化天线阵列。采用一种偶极子装载螺旋臂天线结构作为天线单元，在周期边界条件下进行参数优化，利用微带结构作为馈电，最终实现了可以满足毫米波通信系统需要的、易于加工的、低剖面易于平面集成的8
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8超宽带圆极化天线阵列。
[0005]本专利技术一种超宽带毫米波平面螺旋圆极化天线阵列，采用多层PCB垂直排布结构，从上到下依次包括第一金属层、天线层介质基板、第二金属层、第三介质层和第三金属层；其中天线层介质基板包括第一介质层、第一粘合层、第二介质层、第二粘合层；第一介质层和第二介质层通过第一粘合层粘结在一起；
[0006]所述第一金属层包括平面螺旋圆极化天线阵列，其印刷在第一介质层的上表面；所述平面螺旋圆极化天线阵列由多个周期性分布的平面螺旋圆极化天线单元构成，其中每个平面螺旋圆极化天线单元，为中心对称结构，包括一领结偶极子、以及两条螺旋金属臂；所述螺旋金属臂的宽度由窄逐渐变宽；
[0007]所述领结偶极子的两臂外侧与螺旋金属臂的较窄端连接；
[0008]所述领结偶极子的两臂中心对称，且留有一定距离；
[0009]所述领结偶极子的每臂采用类等腰梯形结构，其较小底面靠近领结偶极子的中心；
[0010]作为优选，领结偶极子的每臂靠近中心侧面采用外凸圆弧。
[0011]作为优选，相邻平面螺旋圆极化天线单元间留有一定距离的空隙；且相邻平面螺旋圆极化天线单元的中心距离满足λ
g1
，其中λ
g1
为37GH在天线层介质基板中所对应的波长；
[0012]所述领结偶极子的两臂靠中心端均设有金属化通孔，该金属化通孔从第一金属层穿过第一介质层、第一粘合层、第二介质层和第二粘合层到达第二金属层。
[0013]所述的螺旋金属臂由窄至宽的两侧面边沿采用两条螺旋常数不等的阿基米德螺旋线。
[0014]作为优选，两条螺旋数不等的阿基米德螺旋线中，其中一条阿基米德螺旋线的螺旋常数为asq，起止角度为
‑
bata3和bata2，初始半径为R1；另一条阿基米德螺旋线的螺旋常数为asp，起止角度为bata1和bata2，初始半径为R2。
[0015]作为优选，螺旋金属臂中初始半径为R1阿基米德螺旋线的较窄端与领结偶极子一端连接，初始半径为R2阿基米德螺旋线的较窄端与领结偶极子另一端连接。
[0016]所述的第二金属层作为公共的金属地板，该金属地板上刻蚀有用于电磁耦合的多条耦合缝隙，该耦合缝隙为矩形结构；每个平面螺旋圆极化天线单元的正下方相对设有一条耦合缝隙；
[0017]作为优选，所述平面螺旋圆极化天线单元的中心相对位于耦合缝隙上；所述耦合缝隙不与平面螺旋圆极化天线单元中领结偶极子以及螺旋金属臂重叠；
[0018]作为优选，耦合缝隙的长度Ls为0.5λ
g2
，其中λ
g2
为36GHz的介质波长，宽度为Ws。
[0019]所述的第三金属层包括基于微带线结构的功率分配馈电网络，通过耦合缝隙给平面螺旋圆极化天线耦合馈电。
[0020]所述的基于微带线结构的功率分配馈电网络由3个性能优异的1分4路T型功率分配器构成的1分64路微带馈电网络。
[0021]作为优选，所述的耦合缝隙正下方用于馈电的部分为U型微带线结构其与50欧姆微带线相连接，该U型微带结构作为各个单元的馈电结构实现了良好的匹配。两金属化通孔位于U型微带结构内。
[0022]作为优选，天线阵列的尺寸为44*44*1.57mm3。
[0023]作为优选，天线层介质基板的厚度为hsub1+hsub2+hpreg*3满足范围0.22λ
g
～0.25λ
g
，其中λ
g
为天线的中心工作频率所对应的波长。
[0024]所述的天线阵列单元的优化过程是：基于周期边界条件在考虑阵元间的耦合效应的情况下，模拟天线阵列的阻抗特性和轴比特性，在此条件下，对阵列天线单元进行参数优化，从而使整个圆极化天线阵列设计过程更高效。
[0025]具体工作过程：当天线工作时，在工作频带内耦合缝隙两侧的电流相位相差180
°
，两侧电流经由耦合缝隙两侧的金属化通孔馈给领结偶极子，偶极子部分主要激励了一个沿着偶极子方向的电场分量，而偶极子的两端装载的阿基米德螺旋臂激励一个与之相交的电场分量，通过两者的相结合，从而合成一个随时间旋转的电场，进而辐射圆极化波。
[0026]本专利技术与现有的技术相比具有如下优点：
[0027](1)本专利技术阵列天线采用的偶极子装载阿基米德螺旋臂结构的新型圆极化辐射单元，在很宽的带宽下具有定向圆极化辐射性能，因此带来了阵列的宽带圆极化特性。
[0028](2)本专利技术的阵列天线采用低剖面的微带馈电结构，可以直接与射频前端集成。
[0029](3)本专利技术的阵列天线采用多层PCB结构设计加工，通过粘合层对多层基板进行粘合，实现了平面结构，设计结构简单、易于加工、成本低廉。
附图说明
[0030本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超宽带毫米波平面螺旋圆极化天线阵列，采用多层PCB垂直排布结构，从上到下依次包括第一金属层、天线层介质基板、第二金属层、第三介质层和第三金属层；其中天线层介质基板包括第一介质层、第一粘合层、第二介质层、第二粘合层；第一介质层和第二介质层通过第一粘合层粘结在一起；所述第一金属层包括平面螺旋圆极化天线阵列，其印刷在第一介质层的上表面；所述平面螺旋圆极化天线阵列由多个周期性分布的平面螺旋圆极化天线单元构成，其中每个平面螺旋圆极化天线单元，为中心对称结构，包括一领结偶极子、以及两条螺旋金属臂；所述螺旋金属臂的宽度由窄逐渐变宽；所述领结偶极子的两臂外侧与螺旋金属臂的较窄端连接；所述领结偶极子的两臂中心对称，且留有一定距离；所述领结偶极子的每臂采用类等腰梯形结构，其较小底面靠近领结偶极子的中心；所述领结偶极子的两臂靠中心端均设有金属化通孔，该金属化通孔从第一金属层穿过第一介质层、第一粘合层、第二介质层和第二粘合层到达第二金属层；所述的螺旋金属臂由窄至宽的两侧面边沿采用两条螺旋常数不等的阿基米德螺旋线；所述的第二金属层作为公共的金属地板，该金属地板上刻蚀有用于电磁耦合的多条耦合缝隙，该耦合缝隙为矩形结构；每个平面螺旋圆极化天线单元的正下方相对设有一条耦合缝隙；所述平面螺旋圆极化天线单元的中心相对位于耦合缝隙上；所述耦合缝隙不与平面螺旋圆极化天线单元中领结偶极子以及螺旋金属臂重叠；所述的第三金属层包括基于微带线结构的功率分配馈电网络，通过耦合缝隙给平面螺旋圆极化天线耦合馈电；所述的基于微带线结构的功率分配馈电网络由3个1分4路T型功率分配器构成的1分64路微带馈电网络；当天线工作时，在工作频带内耦合缝隙两侧的电流相位相差180
°
，两侧电流经由耦合缝隙两侧的金属化通孔馈给领结偶极子，领结偶极子部分主要激励了一个沿着偶极子方向的电场分量，而领结偶极子的两端装载的阿基米德螺旋臂激励一个与之相交的电场分量，通过两者的相结合，从而合成一个随时间旋转的电场，进而辐射圆极化波。2.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：范奎奎，李英明，谭青权，罗国清，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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