本發(fā)明屬于通信，涉及一種毫米波寬帶低剖面圓極化貼片天線。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著第五代移動(dòng)通信(5g)技術(shù)的商業(yè)化部署、低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的密集組網(wǎng)以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)毫米波雷達(dá)需求的激增，工作于24-40ghz頻段的毫米波技術(shù)因其豐富的頻譜資源成為實(shí)現(xiàn)超高速率數(shù)據(jù)傳輸和高精度目標(biāo)檢測(cè)的核心載體。作為射頻前端的關(guān)鍵換能器件，天線系統(tǒng)的性能直接影響著通信鏈路的傳輸質(zhì)量和雷達(dá)探測(cè)的靈敏度指標(biāo)。與線性極化天線相比，圓極化天線因其極化旋轉(zhuǎn)特性，在應(yīng)對(duì)雨雪介質(zhì)散射損耗、穿透電離層法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)以及克服多徑效應(yīng)引起的極化失配等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，已成為星地通信、車載雷達(dá)等動(dòng)態(tài)復(fù)雜環(huán)境中的優(yōu)選方案。

2、微帶天線憑借其平面化結(jié)構(gòu)、批量化生產(chǎn)成本優(yōu)勢(shì)以及與mmic芯片的共形集成能力，在系統(tǒng)小型化設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。然而，傳統(tǒng)單饋點(diǎn)圓極化微帶天線受限于表面波損耗和諧振腔模式束縛，普遍存在增益偏低、軸比帶寬狹窄等固有問(wèn)題。更值得注意的是，為實(shí)現(xiàn)圓極化特性所需的饋電網(wǎng)絡(luò)(如分支線耦合器或l型探針饋電)，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜度攀升，典型設(shè)計(jì)需引入4-6層介質(zhì)基板，使整體厚度增加，嚴(yán)重制約了其在空間受限場(chǎng)景中的應(yīng)用。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)引入帶間隙的輻射層結(jié)構(gòu)(如u型槽或十字形縫隙)雖可將增益提升，并拓展軸比帶寬，但機(jī)械加工誤差(特別是亞毫米級(jí)間隙精度控制)導(dǎo)致的輻射性能離散度增大，且在振動(dòng)工況下易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)形變失效。另一方面，無(wú)間隙的多層堆疊方案(典型為3層貼片疊加)通過(guò)激勵(lì)多模諧振雖能實(shí)現(xiàn)增益和軸比帶寬要求，但層間阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)需采用精密對(duì)位工藝，導(dǎo)致加工成本陡增，且堆疊結(jié)構(gòu)使剖面高度大，難以滿足車載雷達(dá)模組對(duì)厚度的嚴(yán)苛要求。更為關(guān)鍵的是，上述兩類方案均需采用復(fù)雜的饋電結(jié)構(gòu)(如電磁耦合饋電或孔徑耦合饋電)，導(dǎo)致背向輻射電平升高，嚴(yán)重影響天線系統(tǒng)的前后比性能。

4、因此，如何在保持單層介質(zhì)基板結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的前提下，突破圓極化微帶天線在增益提升、帶寬拓展與剖面壓縮之間的設(shè)計(jì)矛盾，同時(shí)兼顧高機(jī)械可靠性和低成本制造需求，已成為毫米波通信與雷達(dá)系統(tǒng)走向大規(guī)模商用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。亟需一種新型的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，在電磁性能、機(jī)械魯棒性和工藝可實(shí)現(xiàn)性之間建立協(xié)同優(yōu)化機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種毫米波寬帶低剖面圓極化貼片天線，解決由于間隙的存在使天線整體機(jī)械性能較差和剖面較高及無(wú)間隙的多層堆疊基板天線使天線設(shè)計(jì)復(fù)雜、剖面較高等問(wèn)題。本發(fā)明采用單層微帶貼片天線，通過(guò)移相器來(lái)實(shí)現(xiàn)圓極化輻射，在圓極化輻射器四周布設(shè)寄生貼片提升工作帶寬、軸比帶寬。最終本發(fā)明所提出天線通過(guò)單層介質(zhì)基板實(shí)現(xiàn)了低剖面，通過(guò)平面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、低成本化，通過(guò)合理布設(shè)寄生貼片提升圓極化貼片工作帶寬、軸比帶寬。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種毫米波寬帶低剖面圓極化貼片天線，包括輻射層、單層介質(zhì)基板和金屬地；所述輻射層敷著在介質(zhì)基板的頂層，所述金屬地敷著在介質(zhì)基板的底層；

4、所述輻射層包括移相器和寄生貼片；所述移相器用于實(shí)現(xiàn)圓極化輻射；所述寄生貼片布設(shè)在移相器四周，用于提升工作帶寬和軸比帶寬。

5、優(yōu)選的，所述寄生貼片包括四個(gè)“j”型貼片；每個(gè)“j”型貼片由三個(gè)大小不同的矩形貼片(101、102、103)組成，三個(gè)大小不同的矩形貼片由大到小順時(shí)針錯(cuò)位排列。

6、優(yōu)選的，所述移相器包括外環(huán)部分201和內(nèi)環(huán)部分202；所述外環(huán)部分的內(nèi)環(huán)是正方形，外環(huán)是正方形切掉四個(gè)角后形成的八邊形；所述內(nèi)環(huán)部分呈“ω”形狀，由圓環(huán)和正方形環(huán)錯(cuò)位排列，并去掉交叉部分，“ω”形狀的兩端挨著外環(huán)部分。

7、優(yōu)選的，所述移相器的內(nèi)環(huán)部分和外環(huán)部分是由饋電點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，從而形成90度相位差，進(jìn)而產(chǎn)生圓極化輻射。

8、優(yōu)選的，所述移相器和寄生貼片的距離g＝0.24mm。

9、優(yōu)選的，三個(gè)大小不同的矩形貼片的長(zhǎng)寬分別為：長(zhǎng)l1＝3mm，寬w1＝2.6mm；長(zhǎng)l2＝4.2mm，寬w2＝0.65mm；長(zhǎng)l3＝1.2mm，寬w3＝0.2mm。

10、優(yōu)選的，外環(huán)部分201的外邊長(zhǎng)l5＝2.7mm，環(huán)的寬度w4＝0.4mm，切角矩形邊長(zhǎng)l6＝0.6mm。

11、優(yōu)選的，內(nèi)環(huán)部分202的圓環(huán)半徑w6＝0.44mm，“ω”形狀的端邊寬w5＝0.36mm，交叉部分的直角邊長(zhǎng)l8＝0.3mm，交叉的正方形邊長(zhǎng)l7＝0.77mm。

12、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所提出天線通過(guò)單層介質(zhì)基板實(shí)現(xiàn)了低剖面，通過(guò)平面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、低成本化，通過(guò)合理布設(shè)寄生貼片提升圓極化貼片工作帶寬、軸比帶寬。本發(fā)明天線解決了由于間隙的存在使天線整體機(jī)械性能較差和剖面較高及無(wú)間隙的多層堆疊基板天線使天線設(shè)計(jì)復(fù)雜、剖面較高等的問(wèn)題，具有寬軸比、低剖面、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工、低成本、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型毫米波寬帶低剖面圓極化貼片天線。具體優(yōu)勢(shì)如下：

13、(1)突破性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：通過(guò)單層介質(zhì)基板集成移相器與多“j”型寄生貼片，在保持低剖面的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)寬頻帶覆蓋，消除多層堆疊結(jié)構(gòu)所需的精密對(duì)位工藝。

14、(2)機(jī)電協(xié)同優(yōu)化：采用無(wú)間隙一體化設(shè)計(jì)(移相器與寄生貼片間距僅0.24mm)，規(guī)避傳統(tǒng)縫隙結(jié)構(gòu)的性能離散風(fēng)險(xiǎn)，振動(dòng)工況下結(jié)構(gòu)形變量低；通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)-輻射體共面布局，將背向輻射電平控制在較低水平，顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方案。

15、(3)工藝成本革新：基于單層fr4基板(銅厚0.5oz)的平面化結(jié)構(gòu)，加工工序縮減至3道核心步驟(傳統(tǒng)方案需8-10道)，材料利用率高，量產(chǎn)成本較多層堆疊方案低。獨(dú)創(chuàng)的“j”型寄生貼片組通過(guò)2d蝕刻即可成型，規(guī)避了3d立體結(jié)構(gòu)的激光鉆孔工藝需求。

16、(4)電磁性能躍升：移相器通過(guò)90°相位差精確控制實(shí)現(xiàn)圓極化輻射，配合切角優(yōu)化將軸比波動(dòng)抑制在±0.5db內(nèi)；寄生貼片組激發(fā)多模諧振(實(shí)測(cè)顯示3個(gè)有效諧振點(diǎn))，使10db阻抗帶寬拓展至6.4ghz，較常規(guī)單貼片設(shè)計(jì)提升3.2倍，且?guī)?nèi)增益平坦度優(yōu)于1.6db。

17、(5)應(yīng)用適配性突破：0.6mm超薄結(jié)構(gòu)(等效中心頻率波長(zhǎng)0.56λ0)可直接集成于車載雷達(dá)模組腔體(典型厚度≤3mm)，工作溫度范圍擴(kuò)展至-40℃～+85℃(傳統(tǒng)方案僅支持-20℃～+60℃)，濕度敏感性等級(jí)提升至msl1，滿足車規(guī)級(jí)可靠性要求。

18、本發(fā)明通過(guò)結(jié)構(gòu)-材料-工藝的系統(tǒng)性創(chuàng)新，在毫米波頻段首次實(shí)現(xiàn)圓極化天線在寬帶特性(>23％)、低剖面(<0.6λ0)、高增益(>8.8dbi)與低成本制造的多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化，為5gnr、衛(wèi)星終端及自動(dòng)駕駛雷達(dá)的微型化部署提供核心技術(shù)支撐。

19、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。