[发明专利]一种多层PCB工艺的低成本微波毫米波圆极化天线

说明书

技术领域

本发明属于圆极化天线领域，具体涉及一种微波毫米波波段的多层PCB(印制电路板)工艺的低成本圆极化天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，单一极化方式的天线已难以满足要求，特别在卫星通信领域，对天线极化特性、尺寸、重量方面等通常都提出了要求。圆极化天线可以接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化的天线收到，可以抑制雨雾干扰和抗多径反射，因此广泛用于卫星通信领域。

圆极化天线实现方式多种多样，从传输结构可划分为微带圆极化天线，波导圆极化天线等。波导圆极化天线功率容量大，但是体积大，另外与外围电路的集成难度增加，并且在微波毫米波波段加工实现成本高、加工困难。而微带天线用于实现天线的小型化，具有低剖面，高增益的优点，并且通过采用多层结构、缝隙耦合馈电、调节馈电网络，能够有效的展宽天线阻抗带宽及轴比带宽。微带贴片天线按贴片的不同形状可分为矩形微带天线、圆形微带天线以及其他图形的微带天线；按实现方法大致可分为单层结构实现的微带天线和层叠结构实现的微带天线；微带天线馈电方式也有多种，实际中应用最多的是同轴线馈电、微带线馈电、缝隙耦合馈电三种方式。

通过对现有专利的研究，专利“有良好低仰角性能的双频宽波束圆极化天线”公开了一种双频单极子天线，这种天线主要由有源倒L型单极子和接地板构成，这种天线不属于微带天线，尺寸和重量较大。而圆极化微带天线在具有一系列优点的同时，也存在一些缺点，圆极化微带天线由于带宽较窄，其相对带宽一般只有0.7％-7％，因而在实际应用中受到了一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的圆极化天线所存在的问题，提供一种多层PCB工艺的低成本微波毫米波圆极化天线，该天线具有频带较宽、尺寸小、成本低、制作加工简单并具有良好轴比特性的特点。特别的，为了改善天线的轴比特性，对馈电网络采用了不等分的功率分配结构，以实现更好的天线圆极化特性。

本发明采用的技术方案为：一种多层PCB工艺的低成本微波毫米波圆极化天线，该圆极化天线具有多层结构，自上而下依次包括方形辐射金属贴片、上层介质基板、开有H形耦合缝隙的金属地板、中层介质基板、带功分网络的馈电金属板、下层介质基板和底层金属地板；

所述的方形辐射金属贴片采用开有H形耦合缝隙的地板耦合馈电，馈电网络位于地板之下，采用微带线结构；

所述的开有H形耦合缝隙的金属地板与底层金属地板通过金属通孔一连接；

所述的带功分网络的馈电金属板与底层金属地板通过金属通孔二连接，构成同轴微带转换结构，以实现天线从底部馈电，该金属通孔二向上延伸到开有H形耦合缝隙的金属地板。

作为优选，所述的开有H形耦合缝隙的金属地板上的两个H形耦合缝隙相互正交放置，两个H形耦合缝隙分别位于方形辐射金属贴片的两条边下方，并且与方形辐射金属贴片垂直中心轴成90度旋转对称。

作为优选，所述的带功分网络的馈电金属板上的功分网络为微带线功分网络，该功分网络采用不等分的功率分配结构，目的是解决缝隙馈电微带圆极化天线的轴比特性不好的问题，该功分网络能够产生两个幅度不等，相位相差90度的信号能量，用于实现天线的圆极化辐射。

作为优选，所述的底层金属地板馈电输入端口连接SMA(Small A Type，一种典型的微波高频连接器)接头。

作为优选，所述的上层介质基板、中层介质基板和下层介质基板都为低介电常数微波介质板，上层介质基板和下层介质基板采用相对中层介质基板较厚规格的板材，中层介质基板采用相对较薄规格的板材，介质基板为正方形。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用多层的微带天线结构，通过H形缝隙耦合进行馈电，有效地展宽了阻抗带宽。

2.本发明的馈电网络采用微带线形式，结构尺寸小，带宽一致性好，并且采用不等分的功率分配结构，有效降低了天线的轴比，展宽了轴比带宽。功率分配后的两路信号相位相差90°，满足圆极化天线的馈电要求。

3.本发明通过同轴微带的转换结构将馈电网络连接至天线底部的馈电端口，加上SMA接头即可实现馈电输入。同时，通过调节微带同轴转换结构的长度能够起到阻抗调节匹配的作用。

4.本发明采用多层PCB工艺，有效降低了的成本，并且在微波毫米波波段易于加工。

附图说明

图1是本发明多层PCB工艺的低成本微波毫米波圆极化天线的三维分层结构示意图。