[發明專利]共面波導饋電寬帶圓極化毫米波平面縫隙天線

無效

• 申請號: 200710043747.5
• 申請日: 2007-07-12
• 公開（公告）號: CN101102011A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 丁桂甫;陳偉強;宿智娟
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01Q13/00
• 分類號: H01Q13/00;H01Q13/10
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種通信技術領域的天線，具體是一種共面波導饋電寬帶圓極化毫米波平面縫隙天線。

背景技術

隨著衛星通信的發展和無線電頻道的日益擁擠，無線電技術朝越來越短的毫米波、亞毫米波方向發展。毫米波具有極寬的帶寬，分辨率高、全天候工作的特點，毫米波元件的尺寸小，更易小型化、集成化。因此毫米波技術在軍事、通信、安全等領域中有著廣泛的應用。但是傳統天線在毫米波段遇到了新的困難。首先，隨著頻率的提高，對加工精度的要求越來越高，傳統的機械加工已經不能滿足這種要求了，必須借助于新的高精度的加工技術。而微機電系統微細加工技術正能滿足加工精度的要求。它具有精度高、可控性好、可批量制造、與IC工藝相兼容等優點。此外，輻射單元也必需重新設計，以滿足毫米波系統小型化、集成化等要求。

貼片天線是符合毫米波要求的形式之一，它具有體積小、重量輕、低剖面、增益高、便于與有源器件集成等優點。但是傳統的微帶線饋電的貼片天線也有缺點，如：微帶線輻射損耗大、色散大、饋線與輻射元之間隔離度差、襯底厚度對特征阻抗影響較大。另一方面，傳統的微帶貼片天線頻帶比較窄，無法適應現代通訊寬頻帶的要求。而以共面波導(CPW)饋電的平面縫隙天線除了繼承了傳統貼片天線體積小、重量輕、低剖面、增益高、便于與有源器件集成等優點，還具有低損耗和色散小等優點，以及超寬頻帶的特性，越來越受到研究人員的關注。

經過對現有技術的文獻檢索發現，H.D.Chen在《天線與傳播進展》(《IEEETransactions?on?Antennas?and?Propagation》VOL?51，2003，第1982頁-1986頁)上發表的“Broadband?CPW-Fed?Square?Slot?Antennas?With?a?Widened?TuningStub”(“帶寬調節支的共面波導饋電寬頻帶矩形縫隙天線”)，該文中提出采用矩形寬縫作為輻射單元，并附加調節支，實現了60％的頻帶寬度，但其不足之處在于天線未實現圓極化。對于如雷達通訊等應用，除了需要較寬的頻帶，圓極化天線單元也較線極化單元性能優越。一般的用于微帶天線實現圓極化的雙饋法或微擾法對于縫隙天線往往并不有效，需重新設計。由于平面縫隙天線由縫隙進行輻射的特點，天線一般較難實現寬帶圓極化。

發明內容

本發明針對上述現有技術問題，提出了一種共面波導饋電寬帶圓極化毫米波平面縫隙天線，使其具有小型化、平面化、寬頻帶的特點，解決了平面縫隙天線不易實現圓極化的技術問題。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：共面波導饋線、圓環形輻射縫隙、微擾短路調節支、中心金屬圓形貼片、外圍接地板和微波介質基底。共面波導饋線、圓環形輻射縫隙、微擾短路調節支、中心金屬圓形貼片和外圍接地板處于同一平面，設置在微波介質基底上，共面波導饋線在縱向與中心金屬圓形貼片直接相連，微擾短路調節支處于圓環形輻射縫隙的水平方向一側，將中心金屬圓形貼片與外圍接地板短路連接起來。

所述共面波導饋線、圓環形輻射縫隙、微擾短路調節支采用掩膜、光刻、電鍍的方法制作在微波介質基底上。

本發明在工作時，在縱向由于共面波導饋線的存在，縱向電場不對稱，沿縱向產生縱向極化；在圓環形輻射縫隙水平方向右側引入一個金屬短路調節支對水平方向電場進行微擾，由于邊界條件要求，微擾短路調節支邊緣的水平切向電場分量為零，圓環形輻射縫隙沿水平方向由于電場不對稱產生另一個與縱向極化正交的極化。調節圓環形輻射縫隙與微擾短路調節支的尺寸和位置可以使兩個正交極化的諧振頻率略有錯開，并且一個模式相位超前，另一個模式相位滯后，若使兩個正交的模式幅度相等、相位剛好相差90°，則可以產生圓極化。如微擾短路調節支加在圓環形輻射縫隙的右側，即可產生左旋圓極化(LHCP)；若把微擾短路調節支加在圓環形輻射縫隙的左側，則可以產生右旋圓極化(RHCP)。

本發明是基于MEMS微加工技術制造，可實現小型化、高精度和批量化制造，多個本發明天線單元串聯或并聯組合可以構成天線陣列。在現有的對稱平面縫隙天線中引入不對稱的金屬微擾短路調節支，可以作為一般性實現方法推廣應用到其它形式的平面輻射天線，用于實現圓極化。

與現有技術相比，本發明采用共面波導饋電，易于調節尺寸大小和阻抗匹配，且共面波導饋線與圓環形輻射縫隙共面，加工方便；采用圓環形縫隙輻射，通過在圓環形輻射縫隙中引入不對稱的金屬微擾短路調節支，可以實現圓極化，并且具有寬頻帶的特點，當駐波比≤2時，阻抗帶寬達到約24％，軸比＜2時的軸比帶寬約為30％。

附圖說明