CN104617398B - 具有低轴比的圆极化背腔天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有低轴比的圆极化背腔天线，包括上介质基板以及下介质基板，上介质基板的上表面设置有第一金属层，下介质基板的上表面设置有第二金属层，下表面设置有第三金属层，上介质基板开设有多个金属化通孔；该多个金属化通孔、第一金属层以及第二金属层围成谐振腔；第一金属层与该谐振腔对应的部分开设有第一辐射缝隙、第二辐射缝隙、第三辐射缝隙以及第四辐射缝隙，第二金属层上开设有两个耦合缝隙；第三金属层形成T形微带线以及用于将T形微带线与馈电端口连接的馈电微带线，T形微带线的节点、谐振腔的中心点以及该两条耦合缝隙的正交中心在同一条预设直线上。本发明轴比性能好，有利于提高圆极化天线接收相同极化电磁波的效率。

Description

具有低轴比的圆极化背腔天线

技术领域

本发明涉及微波技术领域，具体涉及一种具有低轴比的圆极化背腔天线。

背景技术

随着通信***的不断发展，对天线的性能的要求也越来越高，促使人们开始对能够实现低轴比特性的圆极化天线进行研究。改善天线的轴比性能，能够提高圆极化天线接收相同极化电磁波的效率，对于提高整个***的效率有着重要的实际价值。

目前国内外研究者对于圆极化背腔天线做了一些研究。如文献1.“Developmentoflow profile cavity backed crossed slot antenna for planar integration”，Transactions on Antennas and Propagations,2009(57):2972-2979。.但是已有文献所提出的圆极化背腔天线的轴比特性都不是非常低，均大于0.8dB，很难小于0.5dB。

因此，现有技术存在缺陷，亟需改进。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种具有低轴比的圆极化背腔天线。

本发明解决技术问题采用的技术手段是：提供一种具有低轴比的圆极化背腔天线，包括层叠设置的上介质基以及下介质基板，所述上介质基板的上表面设置有第一金属层，所述下介质基板的上表面设置有第二金属层，所述下介质基板的下表面设置有第三金属层，所述上介质基板开设有多个金属化通孔；该多个金属化通孔、所述第一金属层以及所述第二金属层围成正方形的谐振腔；

所述第一金属层与该谐振腔对应的部分开设有第一辐射缝隙、第二辐射缝隙、第三辐射缝隙以及第四辐射缝隙，所述第一辐射缝隙与所述第三辐射缝隙长度相等、平行且正对，所述第二辐射缝隙与所述第四辐射缝隙长度相等、平行且正对，所示第一辐射缝隙与所述第二辐射缝隙长度互异；所述第二金属层上对应该谐振腔的部分开设有两个长度相等且相互正交的耦合缝隙；所述第三金属层形成用于与所述耦合缝隙耦合的T形微带线以及用于将所述T形微带线与馈电端口连接的馈电微带线，所述T形微带线的节点、所述谐振腔的中心点以及该两条耦合缝隙的正交中心在同一条预设直线上并且该预设直线垂直于所述第二金属层。

在本发明提供的具有低轴比的圆极化背腔天线中，所述耦合缝隙呈矩形状。

在本发明提供的具有低轴比的圆极化背腔天线中，所述耦合缝隙的长度为1.54mm，宽度为0.53mm

在本发明提供的具有低轴比的圆极化背腔天线中，所述馈电微带线包括与馈电端口连接的第一微带线以及用于连接所述第一微带线与所述T形微带线的宽度渐变的连接微带线，所述连接微带线靠近所述第一微带线一端的宽度大于靠近所述T形微带线一端的宽度。

在本发明提供的具有低轴比的圆极化背腔天线中，所述第一微带线的阻抗为50欧姆，宽度为0.8mm。

在本发明提供的具有低轴比的圆极化背腔天线中，所述T形微带线包括垂直连接的呈矩形状的第三微带线和第四微带线，所述第三微带线长为5.34mm，宽为0.3mm；所述第四微带线的长为1.3mm，宽为0.3mm；所述第三微带线一端与该连接微带线连接，第三微带线与第四微带线相交的结合点距离该所述第四微带线的开路端端点2mm。

在本发明提供的具有低轴比的圆极化背腔天线中，所述连接微带线的长度为6.2mm。

在本发明提供的具有低轴比的圆极化背腔天线中，所述第一辐射缝隙、所述第二辐射缝隙、所述第三辐射缝隙以及第四辐射缝隙分别沿着一预设正方形的四条边分布，该预设正方形的几何中心位于所述预设直线上。实施本发明具提供的具有低轴比的圆极化背腔天线具有以下有益效果：

本发明中所采用的T形微带线和两个正交的耦合缝隙，使得电磁波在进入谐振腔时，已经在两个正交的方向上有一定的相位差，再结合两对不同长度的辐射缝隙，从而使得本发明的辐射电磁波能够在正交的两个方向上很好的满足“相位相差90度而幅度相同”这两个形成圆极化波的要求，从而得到非常好的轴比性能，十分有利于提高圆极化天线接收相同极化电磁波的效率。

附图说明

图1为本发明一优选实施例中的具有低轴比的圆极化背腔天线的平面结构示意图；

图2是图1所示实施例中的具有低轴比的圆极化背腔天线的侧视图；

图3是图1所示实施例中的具有低轴比的圆极化背腔天线的局部结构分解示意图；

图4是图1所示实施例中的具有低轴比的圆极化背腔天线的回波损耗仿真与测试结果；

图5是图1所示实施例中的具有低轴比的圆极化背腔天线的轴比仿真与测试结果。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种具有低轴比的圆极化背腔天线。

同时参照图1-图3所示，该一种具有低轴比的圆极化背腔天线，包括层叠设置的下介质基板1以及上介质基板2。该下介质基板1以及上介质基板2均可采用Rogers 5880材料制成，其中，下介质基板1的厚度为0.254mm，上介质基板2的厚度为0.508mm。

具体地，所述上介质基板2的上表面设置有第一金属层5，所述下介质基板1的上表面设置有第二金属层4，所述下介质基板1的下表面设置有第三金属层3。所述上介质基板2开设有多个金属化通孔10；该多个金属化通孔10、所述第一金属层5以及所述第二金属层4围成正方形的谐振腔11。所述第一金属层5与该谐振腔对11应的部分开设有辐射缝隙，第二金属层4上对应该谐振腔11的部分开设有两个长度相等且相互正交的耦合缝隙，该两个耦合缝隙即正交呈正十字形状；所述第三金属层3形成用于与所述耦合缝隙9耦合的T形微带线6以及用于将所述T形微带线6与馈电端口连接的馈电微带线(未标号)，所述T形微带线6的节点、所述谐振腔11的中心点以及该两条耦合缝隙9的正交中心在同一条预设直线上并且该预设直线垂直于所述第二金属层4。

所述辐射缝隙包括第一辐射缝隙12、第二辐射缝隙13、第三辐射缝隙14以及第四辐射缝隙15，该第一辐射缝隙12、第二辐射缝隙13、第三辐射缝隙14以及第四辐射缝隙15分别沿着一预设正方形的四条边分布。所述第一辐射缝隙12与所述第三辐射缝隙14长度相等、平行且正对，所述第二辐射缝隙13与所述第四辐射缝隙15长度相等、平行且正对，所述第一辐射缝隙12与所述第二辐射缝隙13长度不相等且垂直，该预设正方形的几何中心、谐振腔11的中心点以及该两条耦合缝隙9的正交中心共线，也即是该预设正方形的几何中心也在所述预设直线上。其中，该第一辐射缝隙12与第三辐射缝隙14的长度均为3.5mm，宽度均为0.25mm。第二辐射缝隙13与第四辐射缝隙15的长度均为3.35mm，宽度均为0.25mm。

优选地，每一耦合缝隙9均呈矩形状，长度1.54mm，宽度为0.53mm。

所述馈电微带线包括与馈电端口连接的第一微带线8以及用于连接所述第一微带线8与所述T形微带线6的宽度渐变的连接微带线7，所述连接微带线7靠近所述第一微带线8一端的宽度大于靠近所述T形微带线6一端的宽度。该T形微带线6由一长一短两条微带线组成，该两条微带线垂直相交，其交点即为前述中的节点。具体地，组成该T形微带线6的两条微带线中，较长的一条为第三微带线，其长为5.34mm，宽为0.3mm；较短的一条为第四微带线，其长为1.3mm，宽为0.3mm；第三微带线的远离开路端的一端与该连接微带线7连接，第三微带线与第四微带线相交的结合点距离该较长的微带线的开路端端点2mm。该第一微带线8的特性阻抗为50欧姆，宽度为0.8mm。连接微带线7的长度为6.2mm，其起到阻抗变化的作用。

可以理解地，该实施例中的各个尺寸参数只是一种最优组合，但是这不能成为限制本发明保护范围依据，各个尺寸参数可以根据实际情况进行相应地设置。

得益于本发明中所采用的T形微带线6和两个呈正十字形状分布的耦合缝隙9，使得电磁波在进入谐振腔11时已经在两个正交的方向上有一定的相位差，再结合两对不同长度的辐射缝隙，从而使得本发明的辐射电磁波能够在正交的两个方向上很好的满足“相位相差90度而幅度相同”这两个形成圆极化波的要求，从而得到非常好的轴比性能，十分有利于提高圆极化天线接收相同极化电磁波的效率。

如图4所示，为本实施例的尺寸参数下，该具有低轴比的圆极化背腔天线的回波损耗性能的仿真与测试结果，其表明该天线可以在中心频率为32.125GHz的工作频带内有效的辐射能量。图5为天线的轴比仿真与测试结果，该图表明，所设计的天线在32.1GHz处的测试轴比值仅为0.37dB，远远小于现有技术中轴比值，十分有利于提高圆极化天线接收相同极化电磁波的效率。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，包括层叠设置的上介质基板(2)以及下介质基板(1)，所述上介质基板(2)的上表面设置有第一金属层(5)，所述下介质基板(1)的上表面设置有第二金属层(4)，所述下介质基板(1)的下表面设置有第三金属层(3)，所述上介质基板(2)开设有多个金属化通孔(10)；该多个金属化通孔(10)、所述第一金属层(5)以及所述第二金属层(4)围成正方形的谐振腔(11)；

所述第一金属层(5)与该谐振腔(11)对应的部分开设有第一辐射缝隙(12)、第二辐射缝隙(13)、第三辐射缝隙(14)以及第四辐射缝隙(15)，所述第一辐射缝隙(12)与所述第三辐射缝隙(14)长度相等、平行且正对，所述第二辐射缝隙(13)与所述第四辐射缝隙(15)长度相等、平行且正对，所示第一辐射缝隙(12)与所述第二辐射缝隙(13)长度互异；所述第二金属层(4)上对应该谐振腔(11)的部分开设有两个长度相等且相互正交的耦合缝隙(9)；所述第三金属层(3)形成用于与所述耦合缝隙(9)耦合的T形微带线(6)以及用于将所述T形微带线(6)与馈电端口连接的馈电微带线，所述T形微带线(6)的节点、所述谐振腔(11)的中心点以及该两条耦合缝隙(9)的正交中心在同一条预设直线上并且该预设直线垂直于所述第二金属层(4)；

其中，所述T形微带线(6)包括垂直连接的呈矩形状的第三微带线和第四微带线；所述第四微带线垂直设置在所述第三微带线的一侧，以与所述第三微带线共同形成T形结构；所述馈电微带线包括与馈电端口连接的第一微带线(8)，所述第四微带线距离所述第一微带线(8)的一端的距离，大于所述第四微带线距离所述第三微带线的另一端的距离；所述T形微带线(6)和所述两个长度相等且相互正交的耦合缝隙(9)使得电磁波在进入所述谐振腔(11)时在两个正交的方向上有一定的相位差，进而在所述第一辐射缝隙(12)、所述第二辐射缝隙(13)、所述第三辐射缝隙(14)以及所述第四辐射缝隙(15)的作用下，使得所述圆极化背腔天线的辐射电磁波能够在正交的两个方向上满足相位差90度且幅度相同。

2.根据权利要求1所述的具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，所述耦合缝隙(9)呈矩形状。

3.根据权利要求2所述的具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，所述耦合缝隙(9)的长度为1.54mm，宽度为0.53mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，所述馈电微带线包括用于连接所述第一微带线(8)与所述T形微带线(6)的宽度渐变的连接微带线(7)，所述连接微带线(7)靠近所述第一微带线(8)一端的宽度大于靠近所述T形微带线(6)一端的宽度。

5.根据权利要求4所述的具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，所述第一微带线(8)的阻抗为50欧姆，宽度为0.8mm。

6.根据权利要求5所述的具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，所述第三微带线长为5.34mm，宽为0.3mm；所述第四微带线的长为1.3mm，宽为0.3mm；所述第三微带线一端与该连接微带线(7)连接，第三微带线与第四微带线相交的结合点距离该所述第四微带线的开路端端点2mm。

7.根据权利要求6所述的具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，所述连接微带线(7)的长度为6.2mm。

8.根据权利要求1所述的具有低轴比的圆极化背腔天线，其特征在于，所述第一辐射缝隙(12)、所述第二辐射缝隙(13)、所述第三辐射缝隙(14)以及第四辐射缝隙(15)分别沿着一预设正方形的四条边分布，该预设正方形的几何中心位于所述预设直线上。