一种右旋圆极化天线的制作方法

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于缝隙波导技术的右旋圆极化天线。

背景技术：

随着卫星通信和网络技术的发展，系统集成和功能需求逐渐提高，雷达目标信号将在较宽的频带范围内存在，极化的形式也存在多样性发展，因此天线必须具有宽频带、高增益、易于加工制造等特性。因为圆极化天线可以接受任意的线极化波，并且可以有效减少多径效应和法拉第旋转效应，所以圆极化被广泛地应用在各个通信领域。但是目前的圆极化微带天线增益一般只有4~6db，并且辐射效率较低，无法满足当下多数通信系统的性能指标要求。

缝隙阵列天线通常可提供高效率、高增益的天线，现有的加工技术有：扩散焊接、真空焊接以及微加工，然而这些需要很高的加工制造成本。

综上所述，业界需要设计一种易于组阵和集成的高增益圆极化天线。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于缝隙波导技术的右旋圆极化天线，能够在易于加工的基础上实现了高增益。

实现本发明的技术方案如下：

一种右旋圆极化天线，所述右旋圆极化天线由第一层的辐射层、第二层的槽缝隙波导及第三层的脊缝隙波导组成，所述辐射层、槽缝隙波导及脊缝隙波导用螺丝组装为天线。

进一步的，所述第二层的槽缝隙波导构成底部为一分四功率分配网络，第三层的脊缝隙波导组成串联馈电层。

进一步的，所述辐射层、槽缝隙波导及脊缝隙波导由金属化通孔阵列贯穿，脊缝隙波导设有馈电柱安装孔。

进一步的，所述馈电柱安装孔与金属化通孔阵列所在边的距离分别为48.7mm和2.4mm。

进一步的，所述辐射层、槽缝隙波导及脊缝隙波导均为金属板。

进一步的，所述金属板的材料为铝。

进一步的，所述槽缝隙波导由长为1.4mm、宽为1.4mm、高为1.4mm的金属柱以2.8mm为周期排列组成，金属柱与第二层的金属板的间距为0.05mm，槽缝隙波导的宽为5mm、高为1.3mm。

进一步的，所述脊缝隙波导由长为1.4mm、宽为1.4mm、高为2.5mm的金属柱以2.4mm为周期排列组成，金属柱与第三层的金属板的间距为0.05mm。

进一步的，所述脊缝隙波导的脊长为30.5mm、脊宽为1.3mm、脊高为1.43mm。

进一步的，所述槽缝隙波导进一步包括长为6.55mm，宽为5.1mm辐射槽。

本发明在简化天线加工制造的基础上实现了高增益，同时降低了天线设计复杂度，降低了设计成本。

附图说明

图1为本发明的天线阵列第一层俯视图。

图2为本发明的天线阵列第二层俯视图。

图3为本发明的天线阵列第三层俯视图。

图4是本发明的天线阵列的反射系数曲线图。

图5是本发明的天线阵列增益曲线图。

图6是本发明的天线阵列轴比曲线图。

图7是本发明的天线阵列辐射方向图。

图示标号说明：1：金属化通孔阵列；2：馈电柱安装孔；3：一分四功率分配网络。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出，虽然将结合优选实施例描述本发明，但是本领域技术人员应该理解，这些实施例并不是将本发明限制于这些实施例，相反，本发明旨在覆盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代、修改和等同物。此外，在本发明的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解，然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。

本发明提供了一种具有易安装且高增益特性的圆极化天线，圆极化天线的实现主要依靠天线辐射出两个相互正交的电场分量，并且两个分量幅度相等，相位相差90°，基于基本的缝隙波导理论，理想电导体(pec)板和理想磁导体(pmc)板可以建立一个频率阻带，如果两个平板之间的距离小于相应的1/4工作波长，即可阻止所有电磁波的模式，然而现实中并不存在理想磁导体，可以通过金属柱或者蘑菇状结构来仿真理想半导体。

本发明设计了一个基于缝隙波导技术的圆极化天线，结构分为辐射层以及两层功率分配网络，请参考图1本发明的天线阵列第一层俯视图，该第一层为辐射层，进一步参考图2本发明的天线阵列第二层俯视图及图3天线阵列第三层俯视图，第二层和第三层作为天线的馈电网络，图1的辐射层通过六边形耦合孔来实现右旋圆极化电磁波，第二层和第三层的两层馈电网络分别由第二层的槽缝隙波导（ggw）和第三层的脊缝隙波导（rgw）组成，其中第二层的槽缝隙波导（ggw）构成的底部为一分四功率分配网络3，第三层的脊缝隙波导组成串联馈电层，第一层至第三层的三层结构由金属化通孔阵列1贯穿，最底层设有馈电柱安装孔2。

图2的槽缝隙波导由长为1.4mm、宽为1.4mm、高为1.4mm的金属柱以2.8mm为周期排列组成，金属柱与第二层金属板的间距为0.05mm；槽缝隙波导的宽为5mm、高为1.3mm；第三层的脊缝隙波导由长为1.4mm、宽为1.4mm、高为2.5mm的金属柱以2.4mm为周期排列组成，金属柱与第三层金属板的间距为0.05mm；第三层的脊缝隙波导在距离xd=34mm和-34mm的位置处分别沿y轴对称放置10个耦合孔，相邻耦合孔之间的距离为dy=6.55mm，即0.764倍波长，耦合孔分别以θ1=1.5°、θ2=-31.2°、θ3=31.2°、θ4=-17°、θ5=17°顺时针旋转；进一步地，每个耦合孔两端沿x轴方向镜像对称放置一对长为30.5mm、宽为1.3mm、高为1.43mm的脊，相邻的脊之间由两排金属柱隔开；每一个脊通过10个间距为dx=7.35mm的耦合孔一一对应地激励10个六边形辐射槽，每个辐射槽的长边l1为6.55mm，宽边w1为5.1mm，即顶层辐射层由20x10个耦合孔和辐射槽组成；所有上述第一层至第三层的结构仅通过螺钉而无需焊接即可组装在一起形成整个阵列天线。

进一步地，所述第一层至第三层金属结构的材料为铝。

进一步地，馈电柱安装孔2与金属化通孔阵列1所在边的距离分别为48.7mm和2.4mm。

进一步地，对于工作中心频率为35ghz的右旋圆极化天线，第一层的辐射层的长为140mm、宽为80mm、高为6.5mm；第二层的槽缝隙波导组成的功率分配层的长为167mm、宽为110mm、高为4.3mm；第三层的脊缝隙波导组成的组成串联馈电层的长为140mm、宽为80mm、高为3.65mm；

进一步参考图4本发明的天线阵列的反射系数曲线图、图5本发明的天线阵列增益曲线图、图6本发明的天线阵列轴比曲线图及图7本发明的天线阵列辐射方向图，分别对应最终设计的基于缝隙波导结构的右旋圆极化天线的反射系数曲线、增益曲线、轴比曲线以及在30ghz处的天线阵列辐射方向图，其性能如下：

（1）天线的回波损耗带宽为3ghz（34ghz到37ghz），测试结果与仿真结果符合性较好，由于三层结构的制造公差以及组装时层与层之间的对准精度不够，测得的插入损耗略大于模拟损耗，如图4反射系数曲线图所示。

（2）有效带宽内增益仿真和测试的天线阵列增益曲线图如图5所示，其中34.5至37ghz，增益大于31dbi，在35.5ghz时，增益达到最大为31.5dbi，测试结果与仿真结果符合性较好，由于铝的电导率随表面粗糙度降低而导致的额外导体损耗使得测得的增益略有衰减。

（3）在整个工作频带中，轴比均小于2db，在35.5ghz时，轴比达到最小为0.3db，如图6天线阵列轴比曲线图所示。

（4）在35.5ghz处测得的远场辐射图显示在图7天线阵列辐射方向图中，并通过最大增益对其进行了归一化，方位平面和仰角平面的半功率带宽（hpbw）分别为3.1°和6.4°。

本领域技术人员可以理解的是，可以在有限的实验步骤下对上述各个参数进行微调，从而将本发明的右旋圆极化天线改变工作频率，应用于不同的工作场景，这些变形均属于本发明的保护范围。

本发明与现有技术相比，至少具有以下显著优点：天线阵列基于缝隙波导结构，在简化加工制造的基础上实现了高增益，同时降低了天线设计复杂度，降低了设计成本；在天线工作频段内，最高增益达到31.5dbi；加工制造过程中，首先将三层天线结构单独完成加工后，无需通过扩散焊接、真空焊接或者微加工等复杂的加工工艺，只需通过螺丝或螺钉等物理方法就可以将三层天线结构组装在一起，这种简单的几何结构和安装步骤大大地节约了加工制造成本，且天线可以直接与标准的wr-28波导口相连进行测试和应用，具有良好的应用前景。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。