[發明專利]共面波導單點饋電背腔圓極化天線

無效

• 申請號: 200710156687.8
• 申請日: 2007-11-12
• 公開（公告）號: CN101170212A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 羅國清;孫玲玲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q13/08;H01Q13/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發明屬于微波技術領域，涉及一種基于基片集成波導技術構成的共面波導單點饋電背腔圓極化天線，可作為射頻收發前端的天線，廣泛應用在移動通信、衛星通信、雷達等無線通信系統，用于解決Faraday電磁旋轉效應等造成的極化失配問題，同時還可以起到抑制雨霧干擾和抗多徑反射的作用。

背景技術

做為通信系統的關鍵部件，天線被廣泛地應用于無線通信場合。由于空間中電波傳播的Faraday旋轉效應，以及移動通信中的接收天線位置的不確定性，如果采用傳統的單極化天線做為收發單元，需要收發天線極化匹配對準才能實現較好的接收效果。而圓極化天線輻射出來的等幅旋轉場可以分解為幅度相等相位相差90度的兩個正交線極化波，普遍應用于無線通信中解決極化失配的問題。同時由于圓極化波入射到對稱目標時的旋向逆轉特性，圓極化天線應用于移動通信、衛星通信領域還起到抑制雨霧干擾和抗多徑反射的作用。因此設計高性能的圓極化天線不但可以避免極化失配而獲取良好的接收效果，同時可以極大地緩解后續射頻電路的指標壓力，顯著提高系統的性能、降低系統的成本。特別在衛星通信、射頻識別等體積重量具有嚴格限制的無線通信應用場合，設計具有低輪廓的高性能圓極化天線尤其重要。

圓極化天線的實現方式多種多樣，包括微帶貼片天線、微帶縫隙開槽天線、波導縫隙開槽天線、背腔圓極化天線以及螺旋天線等幾種形式。微帶形式的圓極化天線具有低輪廓易共形的優點，應用最為廣泛。它的饋電方式主要有縫隙耦合饋電和同軸波導饋電兩種方式，其中縫隙耦合饋電主要采用多層PCB工藝實現，對于國內的工藝來說價格高昂而且工藝不是很穩定。而同軸饋電方式雖然簡單，但它不能和平面電路無縫集成，導致體積較大。波導縫隙開槽圓極化天線適用于陣列天線應用，單個輻射單元體積小，組成陣列體積緊湊，陣列天線具有主瓣寬度窄，方向圖可以賦形，交叉極化電平低等優良特性，廣泛應用于微波毫米波雷達通信系統中等。但是基于傳統金屬波導技術的天線體積大，加工工藝復雜，成本高昂，限制了它的廣泛使用；背腔圓極化天線一般是由平面基片上實現的饋電、輻射單元和背面附加的金屬腔體構成，這種天線的增益高，定向性好，但同樣加工復雜成本高，體積大。為了解決這些問題Sievenpiper等人提出在基片上壓嵌金屬條的方式構成腔體結構，同時采用同軸在合適的位置對其進行饋電從而形成背腔圓極化天線。這種實現方式和以前的背腔圓極化天線相比體積大大減小，但是其加工成本仍然較高，同樣無法平面集成；螺旋天線主要應用于地球站和衛星鏈路的空間應用當中，它具有增益高、軸率低、軸比帶寬大等優點，但它的三維立體螺旋輻射結構決定了其具有體積大無法平面集成等缺點。綜合目前圓極化天線的研究現狀可知，仍然需要研究采用新工藝新結構來實現低成本低輪廓的高性能圓極化天線。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于基片集成波導技術構成的低輪廓背腔圓極化天線，這種新型圓極化天線輻射性能好，增益高，輪廓低，可無縫平面集成，結構簡單，易于設計，易于加工，成本低。該圓極化天線與現有背腔圓極化天線相比體積大大減小，制造成本顯著降低。

本發明的共面波導單點饋電背腔圓極化天線包括介質基片，介質基片的兩面鍍有金屬層，分別是上金屬層和下金屬層，其中下金屬層作為地層；上金屬層蝕刻有用于饋電的微帶線和共面波導傳輸線，共面波導傳輸線是共地共面波導結構，其中間金屬條帶向外延伸，作為微帶線；貫穿上金屬層、介質基片和下金屬層開有通孔，通孔內壁鍍有金屬，形成金屬化通孔；多個金屬化通孔順序排列為正方形，形成正方形的基片集成波導腔體，基片集成波導腔體各邊上的金屬化通孔的孔間距相同。共面波導傳輸線由基片集成波導腔體的一角伸入基片集成波導腔體內，金屬條帶的中心線與基片集成波導腔體的對角線重合；下金屬層對應基片集成波導腔體的區域內蝕刻有兩條寬度相同且垂直相交的長條形輻射縫隙，兩條輻射縫隙分別與基片集成波導腔體的兩條垂直的邊平行，兩條輻射縫隙的交叉點與基片集成波導腔體的中心重合，且均以交叉點作為中心點。

所述的金屬化通孔的直徑小于天線工作的中心頻率所對應空氣波長的十分之一，金屬化通孔的直徑和基片集成波導腔體同一邊上相鄰兩個金屬化通孔的孔心距的比值大于0.5。