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，隨著第五代移動通信(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)汽車對毫米波雷達需求的激增，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現(xiàn)超高速率數(shù)據(jù)傳輸和高精度目標(biāo)檢測的核心載體。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)量和雷達探測的靈敏度指標(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，已成為星地通信、車載雷達等動態(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)勢以及與mmic芯片的共形集成能力，在系統(tǒng)小型化設(shè)計中占據(jù)重要地位。然而，傳統(tǒng)單饋點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題。更值得注意的是，為實現(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)，會進一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜度攀升，典型設(shè)計需引入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景中的應(yīng)用。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，通過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，但機械加工誤差(特別是亞毫米級間隙精度控制)導(dǎo)致的輻射性能離散度增大，且在振動工況下易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)形變失效。另一方面，無間隙的多層堆疊方案(典型為3層貼片疊加)通過激勵多模諧振雖能實現(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，難以滿足車載雷達模組對厚度的嚴(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)計矛盾，同時兼顧高機械可靠性和低成本制造需求，已成為毫米波通信與雷達系統(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)計方法，在電磁性能、機械魯棒性和工藝可實現(xiàn)性之間建立協(xié)同優(yōu)化機制。

技術(shù)實現(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械性能較差和剖面較高及無間隙的多層堆疊基板天線使天線設(shè)計復(fù)雜、剖面較高等問題。本發(fā)明采用單層微帶貼片天線，通過移相器來實現(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)明所提出天線通過單層介質(zhì)基板實現(xiàn)了低剖面，通過平面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單化、低成本化，通過合理布設(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“j”型貼片；每個“j”型貼片由三個大小不同的矩形貼片(101、102、103)組成，三個大小不同的矩形貼片由大到小順時針錯位排列。

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)部分是由饋電點來實現(xiàn)連接，從而形成90度相位差，進而產(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，三個大小不同的矩形貼片的長寬分別為：長l1＝3mm，寬w1＝2.6mm；長l2＝4.2mm，寬w2＝0.65mm；長l3＝1.2mm，寬w3＝0.2mm。

10、優(yōu)選的，外環(huán)部分201的外邊長l5＝2.7mm，環(huán)的寬度w4＝0.4mm，切角矩形邊長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l8＝0.3mm，交叉的正方形邊長l7＝0.77mm。

12、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所提出天線通過單層介質(zhì)基板實現(xiàn)了低剖面，通過平面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡單化、低成本化，通過合理布設(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械性能較差和剖面較高及無間隙的多層堆疊基板天線使天線設(shè)計復(fù)雜、剖面較高等的問題，具有寬軸比、低剖面、結(jié)構(gòu)簡單、易加工、低成本、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，是一種新型毫米波寬帶低剖面圓極化貼片天線。具體優(yōu)勢如下：

13、(1)突破性結(jié)構(gòu)設(shè)計：通過單層介質(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，實現(xiàn)寬頻帶覆蓋，消除多層堆疊結(jié)構(gòu)所需的精密對位工藝。

14、(2)機電協(xié)同優(yōu)化：采用無間隙一體化設(shè)計(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，振動工況下結(jié)構(gòu)形變量低；通過饋電網(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。獨創(chuàng)的“j”型寄生貼片組通過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90°相位差精確控制實現(xiàn)圓極化輻射，配合切角優(yōu)化將軸比波動抑制在±0.5db內(nèi)；寄生貼片組激發(fā)多模諧振(實測顯示3個有效諧振點)，使10db阻抗帶寬拓展至6.4ghz，較常規(guī)單貼片設(shè)計提升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0.56λ0)可直接集成于車載雷達模組腔體(典型厚度≤3mm)，工作溫度范圍擴展至-40℃～+85℃(傳統(tǒng)方案僅支持-20℃～+60℃)，濕度敏感性等級提升至msl1，滿足車規(guī)級可靠性要求。

18、本發(fā)明通過結(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)星終端及自動駕駛雷達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、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。