一种Ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线的制作方法

本发明涉及天线，特别涉及一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线。

背景技术：

1、大角度圆极化扫描天线在卫星导航与定位、卫星通信、雷达和电子对抗等领域的应用具有重要意义。在圆极化天线的实现形式中，微带天线和十字振子天线是最常用的两种天线形式。十字振子天线性能高，但是天线纵向尺寸大，相比于十字振子天线，微带阵列天线纵向尺寸小，因此研究低剖面微带阵列天线对通信系统的发展具有重要意义。

2、近年来，各研究人员对低剖面宽带圆极化大角度扫描阵列天线的研究也从未停止过。例如微带贴片天线、螺旋天线和平面十字振子天线等。螺旋天线工作频带宽，但是单元增益低，平面十字振子天线圆极化性能优越，但是天线剖面高，不利于集成化相控阵领域等。传统的单层微带贴片天线工作频带窄，天线相对带宽通常在7％左右，同时在组阵后扫描至60°时轴比大于5db。学者们也提出了一些拓宽天线带宽和提升圆极化扫描的方法，例如利用层叠天线增加谐振点、超表面技术以及增加空气层等，但是在ka频段，由于波长短，这些方法增加了天线加工难度，同时天线的剖面增加，不利于系统化集成。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，兼具带宽宽、大角度扫描圆极化性能优异的特点，可用于大空域通信以及系统化集成领域，具有很强的实用性及应用前景。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，包括开口金属环、加载空气腔的第一介质层、粘结层、圆极化辐射单元、第二介质层、馈电探针和金属地；

4、所述开口金属环位于所述第一介质层的上表面，所述第一介质层的下表面通过所述粘接层与所述第二介质层的上表面连接，所述第二介质层的上表面与所述粘接层之间还设有所述圆极化辐射单元，所述第二介质层的下表面连接所述金属地，所述馈电探针连接所述圆极化辐射单元的馈电点；

5、所述开口金属环在中间区域设有圆形贴片槽，在边缘沿直径方向设有对称的两个矩形缺口；

6、所述第一介质层设有三种规格的空气腔；

7、所述圆极化辐射单元为中部刻蚀c型槽的圆形微带贴片，并沿直径方向设有对称的两个矩形微扰贴片。

8、可选的，所述开口金属环的中间区域的圆形贴片槽的直径与所述第一介质层的厚度比大于2.0。

9、可选的，其特征在于，所述开口金属环的边缘沿直径方向的两个矩形缺口的长宽均小于λ0/10，其中λ0为工作中心频点对应的自由空间波长。

10、可选的，所述第一介质层设置的三种规格的空气腔分别为：位于四周的8个半径相同的第一空气腔，形成于上表面中间区域的第二空气腔和形成于下表面中间区域的第三空气腔。

11、可选的，所述第二空气腔的直径与所述开口金属环中间区域的圆形贴片槽的直径相同.

12、可选的，所述第二空气腔和所述第三空气腔的直径比为1：1.5。

13、可选的，所述圆极化辐射单元中，所述c型槽的开口方向相对于所述矩形微扰贴片旋转了45°。

14、可选的，所述圆极化辐射单元的馈电点位于天线单元的几何中心。

15、可选的，所述圆极化辐射单元相对阻抗带宽为20％，天线波束在0°至60°扫描过程中，圆极化轴比小于3db。

16、可选的，天线的剖面高度小于0.08λ0，λ0为工作中心频点对应的自由空间波长。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

18、开口金属环由挖掉中心圆的圆形槽组成，并沿轴线方向开有对称的两个矩形缺口，开口金属环对于各个方向入射的电磁波各向同性，保证天线波束扫描至大角度时具备良好的圆极化轴比特性；加载空气腔的第一介质层中包含三种尺寸的空气腔，开口金属环与该第一介质层共同作用拓宽天线工作带宽；圆极化辐射单元为刻蚀c型槽的圆形微带贴片，通过控制c型槽的开口角度以及两侧矩形微扰贴片尺寸调节简并模的相位差实现圆极化辐射，天线单元的馈电点位于其几何中心位置，通过抑制交叉极化提升了天线的轴比带宽，并与开口金属环共同作用提升大角度圆极化扫描能力。

技术特征：

1.一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，包括开口金属环、加载空气腔的第一介质层、粘结层、圆极化辐射单元、第二介质层、馈电探针和金属地；

2.根据权利要求1所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述开口金属环的中间区域的圆形贴片槽的直径与所述第一介质层的厚度比大于2.0。

3.根据权利要求1所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述开口金属环的边缘沿直径方向的两个矩形缺口的长宽均小于λ0/10，其中λ0为工作中心频点对应的自由空间波长。

4.根据权利要求1所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述第一介质层设置的三种规格的空气腔分别为：位于四周的8个半径相同的第一空气腔，形成于上表面中间区域的第二空气腔和形成于下表面中间区域的第三空气腔。

5.根据权利要求4所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述第二空气腔的直径与所述开口金属环中间区域的圆形贴片槽的直径相同。

6.根据权利要求4所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述第二空气腔和所述第三空气腔的直径比为1：1.5。

7.根据权利要求1所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述圆极化辐射单元中，所述c型槽的开口方向相对于所述矩形微扰贴片旋转了45°。

8.根据权利要求1所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述圆极化辐射单元的馈电点位于天线单元的几何中心。

9.根据权利要求1所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，所述圆极化辐射单元相对阻抗带宽为20％，天线波束在0°至60°扫描过程中，圆极化轴比小于3db。

10.根据权利要求1所述的一种ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，其特征在于，天线的剖面高度小于0.08λ0，λ0为工作中心频点对应的自由空间波长。

技术总结
本发明提供一种Ka频段低剖面宽带圆极化大角度扫描天线，包括开口金属环、加载空气腔的第一介质层、粘结层、圆极化辐射单元、第二介质层、馈电探针和金属地；开口金属环由挖掉中心圆的圆形槽组成，并沿轴线方向开有对称的两个矩形缺口；加载空气腔的第一介质层中包含三种尺寸的空气腔，开口金属环与该第一介质层共同作用拓宽天线工作带宽；圆极化辐射单元为刻蚀C型槽的圆形微带贴片，通过控制C型槽的开口角度以及两侧矩形微扰贴片尺寸调节简并模的相位差实现圆极化辐射，天线单元的馈电点位于其几何中心位置，通过抑制交叉极化提升了天线的轴比带宽，并与开口金属环共同作用提升大角度圆极化扫描能力。

技术研发人员：王太磊,曹捷,韩如冰,徐海琴,陈晓锋,刘元云
受保护的技术使用者：上海无线电设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15