本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，具體涉及一種基片集成波導(dǎo)平面端射圓極化天線，既可以用于接收也可以用于發(fā)射無線電波。
背景技術(shù)：
：天線作為重要的收發(fā)器件，其性能的好壞對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)具有很大影響，而天線的輻射形式越來越成為無線通信系統(tǒng)選擇天線類型時(shí)的一個(gè)重要的因素。在很多現(xiàn)代無線應(yīng)用系統(tǒng)中，單純線極化天線已很難滿足需求，必須利用圓極化波才能進(jìn)行正常工作。圓極化天線可接收任意極化的來波，且其輻射波也可由任意極化天線收到，所以圓極化天線可以使發(fā)射天線和接收天線之間的相對(duì)位置更加靈活可變，便于安裝，故電子偵察和干擾中普遍采用圓極化天線。平面端射天線具有良好的定向性和共形性，常用于現(xiàn)代通信和雷達(dá)系統(tǒng)中。端射天線的電磁波方向平行于陣列平面，能在不產(chǎn)生較大隆起輪廓的情況下，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)特定方向目標(biāo)的跟蹤。田輝(田輝，王杰，“八木微帶圓極化天線的研究與設(shè)計(jì)”，現(xiàn)代防御技術(shù)，vol.38：98-102，December2010)等人在對(duì)八木微帶圓極化天線的研究中，參考微帶貼片天線獲得圓極化的工作原理，通過多點(diǎn)饋電實(shí)現(xiàn)了八木天線圓極化，能夠提供一定的增益和帶寬，但對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)的要求很高。QiongWang(QiongWang,RonnyHahnel,HuiZhangandDirkPlettemeier,“On-bodydirectionalantennadesignforin-bodyUWBwirelesscommunication,”IEEEantennasandPropagation,vol.53,pp.1011-1016,August2011)等人在2011年發(fā)表的文中，參考縫隙天線，研究了針對(duì)漸變槽線天線實(shí)現(xiàn)圓極化的方法，但輻射波束與天線平面不平行。WenhaiZhang(WenhaiZhang,WenjunLuandKamwengTam,“Aplanarend-firecircularlypolarizedcomplementaryantennawithbeaminparallelwithitsplane,”IEEEantennasandPropagation,vol.64,pp.1146-1152,January2016)等人設(shè)計(jì)的平面端射圓極化天線，采用磁偶極子和電偶極子疊加實(shí)現(xiàn)圓極化，但是阻抗帶寬只有1.9％，增益也不高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題是提供一種基片集成波導(dǎo)平面端射圓極化天線，其對(duì)饋電網(wǎng)絡(luò)的要求不高，增益高，端射波束方向與天線平面共面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易集成。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基片集成波導(dǎo)平面端射圓極化天線，包括介質(zhì)基板、基片集成波導(dǎo)、偶極子陣和連接在介質(zhì)基板上的饋電波導(dǎo)；所述基片集成波導(dǎo)包括兩排金屬化過孔，兩排金屬化過孔包括相互平行且一端連接在饋電波導(dǎo)上的平直段和沿平直段逐漸向兩側(cè)張開的開口段，基片集成波導(dǎo)包括兩排金屬化過孔，采用上述結(jié)構(gòu)，即在H面構(gòu)成類似于喇叭狀天線；所述偶極子陣包括多個(gè)連接在基片集成波導(dǎo)上下金屬表面上的陣元，即陣元的振子分別連接在基片集成波導(dǎo)上金屬表面上和下金屬表面上，且陣元位于開口段之外，各陣元與開口段口徑的間距不同。開口段口徑指形成的基片集成波導(dǎo)喇叭口徑。開口段口徑的上下金屬面邊緣作為偶極子陣的反射器使其產(chǎn)生定向輻射。常見的端射天線，其極化方式多為線極化。近年來，對(duì)端射天線的研究大多集中在對(duì)其增益和帶寬的性能研究上，對(duì)實(shí)現(xiàn)端射天線圓極化輻射的研究很少。實(shí)現(xiàn)端射天線圓極化輻射，是端射天線研究領(lǐng)域的一個(gè)新挑戰(zhàn)。結(jié)合圓極化天線和端射天線，實(shí)現(xiàn)端射圓極化天線，可以提高點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)距離通信的質(zhì)量，增加在通信系統(tǒng)的靈活性，也是本專利研究的主要內(nèi)容。本方案基于SIW喇叭，研發(fā)了一款工作在Ka波段即中心頻率為35GHz的平面端射圓極化天線，利用兩排緊密排列的金屬化過孔實(shí)現(xiàn)了饋電波導(dǎo)到開口段口徑的漸變過渡，構(gòu)成天線的窄壁，其中基片集成波導(dǎo)產(chǎn)生豎直極化波，由偶極子陣產(chǎn)生水平極化波，改變基片集成波導(dǎo)開口段口徑到偶極子陣元的間距實(shí)現(xiàn)相位延遲，進(jìn)而得到圓極化輻射，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易加工且減少了電磁波的反射；并且端射波束方向平行于天線平面，H面喇叭狀的設(shè)計(jì)可以提高天線的工作增益。通過調(diào)節(jié)金屬化過孔的厚度，開口段口徑寬度和基片集成波導(dǎo)軸向長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)天線的有效輻射。作為優(yōu)選，本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)沿附圖1的YOZ面對(duì)稱。所述陣元的振子長(zhǎng)度為0.5λ-λ，寬度為0.1λ-0.3λ，其中，λ為中心頻率處電磁波在介質(zhì)中的波長(zhǎng)。作為優(yōu)選，所述偶極子陣的相鄰兩個(gè)陣元的距離為0.5λ-0.6λ，與開口段口徑的間距為0.2λ-0.5λ。作為優(yōu)選，為了改變電流對(duì)開口段口徑面輻射的影響，所述基片集成波導(dǎo)上下金屬表面對(duì)稱設(shè)置有開縫，所述開縫設(shè)置在開口段口徑處且位于相鄰兩個(gè)陣元的之間。進(jìn)一步的，所述開縫位于相鄰兩個(gè)陣元的中間。進(jìn)一步的，所述開縫的縫寬為0.03λ-0.05λ，縫長(zhǎng)為0.2λ-0.5λ。開縫可改變電流對(duì)開口段口徑面輻射的影響，減小陣元間的互耦，并改善阻抗匹配。作為優(yōu)選，為了減少傳輸損耗增加帶寬，所述介質(zhì)基板上連接有設(shè)置在饋電波導(dǎo)腔體內(nèi)的漸變基板結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，漸變基板結(jié)構(gòu)成梯形結(jié)構(gòu)，以形成基片集成波導(dǎo)喇叭。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1、本發(fā)明根據(jù)圓極化天線的基本原理，采用兩個(gè)等幅正交線極化實(shí)現(xiàn)天線的圓極化輻射，具有較寬的工作頻帶和較高的工作增益，在實(shí)現(xiàn)圓極化輻射的同時(shí)也提高了端射天線的固有性能。2、本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)采用H面喇叭狀基片集成波導(dǎo)與偶極子陣組合實(shí)現(xiàn)圓極化輻射，端射波束方向平行于天線平面。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。在附圖中：圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明天線的俯視圖。圖3本發(fā)明天線的側(cè)視圖。圖4本發(fā)明天線的|S11|仿真結(jié)果。圖5本發(fā)明天線在35GHz的YOZ面方向圖仿真結(jié)果。圖6本發(fā)明天線在35GHz的XOY面方向圖仿真結(jié)果。圖7本發(fā)明天線在35GHz三維方向圖仿真結(jié)果。圖8本發(fā)明天線增益仿真結(jié)果。圖9本發(fā)明天線軸比仿真結(jié)果。附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱：1、平直段，2、開口段，3、開縫，4、偶極子陣，5、漸變基板結(jié)構(gòu)，6、介質(zhì)基板，7、饋電波導(dǎo)。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。實(shí)施例1如圖1至圖3所示的一種基片集成波導(dǎo)平面端射圓極化天線，包括介質(zhì)基板6、基片集成波導(dǎo)、偶極子陣4和連接在介質(zhì)基板6上的饋電波導(dǎo)7；基片集成波導(dǎo)包括兩排金屬化過孔，兩排金屬化過孔包括相互平行且一端連接在饋電波導(dǎo)7上的平直段和沿平直段逐漸向兩側(cè)張開的開口段，兩排金屬化過孔構(gòu)成SIW喇叭結(jié)構(gòu)；偶極子陣4包括的多個(gè)陣元，陣元位于開口段之外且與基片集成波導(dǎo)上下金屬表面相連，各陣元與開口段口徑的間距不同。如圖1所示，陣元沿天線對(duì)稱面依次排列。實(shí)施例2本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上做了優(yōu)化，即所述陣元的振子長(zhǎng)度為0.5λ-λ，寬度為0.1λ-0.3λ，其中，λ為中心頻率處電磁波在介質(zhì)中的波長(zhǎng)。偶極子陣4的相鄰兩個(gè)陣元的距離為0.5λ-0.6λ，與開口段口徑的間距為0.2λ-0.5λ?；刹▽?dǎo)上下金屬表面對(duì)稱設(shè)置有開縫3，所述開縫3設(shè)置在開口段口徑處且位于相鄰兩個(gè)陣元的之間。優(yōu)選的，開縫3位于相鄰兩個(gè)陣元的中間且開縫3的縫寬為0.03λ-0.05λ，縫長(zhǎng)為0.2λ-0.5λ。介質(zhì)基板6上連接有設(shè)置在饋電波導(dǎo)7腔體內(nèi)的梯形狀漸變基板結(jié)構(gòu)5。實(shí)施例3本發(fā)明端射圓極化天線適合工作于毫米波頻段，下面以一具體實(shí)施例對(duì)本結(jié)構(gòu)的天線優(yōu)越性能進(jìn)行說明。介質(zhì)基本采用相對(duì)介電常數(shù)為2.65的聚四氟乙烯F4B介質(zhì)基板，厚度為3mm，介質(zhì)基板表面鍍銅，銅厚為0.017mm。天線的整體尺寸為寬30mm，長(zhǎng)32mm。金屬化過孔半徑為0.3mm，相鄰兩個(gè)金屬化過孔之間的間距為1mm，兩排金屬化過孔的平直段之間的距離為w3＝5mm，平直段的長(zhǎng)度為l4＝5mm。金屬化過孔的厚度h決定H面喇叭E面的高度，金屬化過孔的E面高度和開口段口徑寬度w4決定天線的增益，天線的輻射效率由開口段軸向長(zhǎng)度l5和開口段口徑寬度w4決定。基于天線的有效輻射，開口段口徑寬度和軸向長(zhǎng)度分別為w4＝16mm，l5＝20mm。開口段口徑的上下金屬表面對(duì)稱開縫3，改變電流影響口徑面的輻射。本發(fā)明采用波導(dǎo)饋電SIW，在SIW厚度一定的前提下，采用一級(jí)波導(dǎo)-SIW階梯型波導(dǎo)漸變，波導(dǎo)尺寸為l1×w1×h1，倒角半徑r＝2mm；二級(jí)波導(dǎo)-SIW階梯型波導(dǎo)漸變尺寸為l2×w1×h2。增加介質(zhì)基板到波導(dǎo)腔體的梯形狀漸變基板結(jié)構(gòu)5，以減少傳輸損耗增加帶寬，梯形漸變介質(zhì)基板的厚度為h，上下底邊為w2及w1，梯形高度為l3。結(jié)合圖2、3，本發(fā)明平面端射圓極化天線一個(gè)實(shí)施例的具體尺寸如下表所示，單位：mm。l1l2l3l4l5l6l7w1w28645201.75.37.1120.5w3w4w5w6w7dd1d2d35160.50.250.83.332.71.42.6hh1h2qDr33.556310.62其中，偶極子陣4的陣元間距為d，偶極子的振子與開口段口徑面的距離依次為的d1、d2、d3，偶極子的振子長(zhǎng)度為l7，振子寬度為w7；喇叭口徑面的開縫3的縫寬為w6，縫長(zhǎng)為l6。D為金屬化過孔的直徑，q為相鄰兩個(gè)金屬化過孔之間的間距。構(gòu)造了上述Ka波段該天線樣品，進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可行性，圖4-圖8是仿真結(jié)果。圖4顯示該天線測(cè)量的S11在32.6-38.9GHz均低于-10dB。圖5顯示該天線在35GHz的二維方向圖的仿真結(jié)果圖。圖6是該天線在35GHz的三維方向圖仿真結(jié)果圖。圖7顯示該天線在頻段內(nèi)的增益大多在10dBi以上，最高增益可達(dá)11.7dBi。圖8顯示該天線在32.15-36.87GHz的軸比小于3dB。實(shí)驗(yàn)證明：該天線易于機(jī)械加工，能夠滿足通信系統(tǒng)中對(duì)天線高定向性、靈活性的應(yīng)用要求。以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3