本发明属于微波器件领域，涉及一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线。
背景技术：
1、随着无线通信技术的快速发展，通信环境逐渐变得复杂，对天线的性能有了更高的要求。在结构上要求天线小型化、易于集成以及结构简单，在天线性能方面则要求宽带宽、圆极化和高增益，因此宽带圆极化天线技术成为了研究热点。
2、传统的无线通信设备加载的是线极化天线，辐射线极化波，而线极化波很容易受到气候、环境、载体运动方位等因素的影响。圆极化天线辐射的圆极化波极化偏转损失较小，在无线网络中可以不拘束于天线的摆放方位从而使无线通信设备进行正常通信，基于以上的优点，圆极化天线有着巨大的应用潜力。目前，圆极化天线被广泛应用于各个行业、各种场景，但如何在宽带天线的基础上实现圆极化，并且保证圆极化轴比带宽是未来圆极化天线的研究趋势，也是限制圆极化天线发展的重要指标。
3、毫米波具有波长短、频率范围大、频谱资源丰富、高数据速率、低延迟等优点。目前，在毫米波频段圆极化天线结构复杂，且阻抗带宽较窄，不能满足当前环境下的使用需求。现有的宽带圆极化天线阵通常体积较大，不太适合应用于小型化的无线通信产品中。
4、综上可知，现有的毫米波天线无法有效解决轴比带宽受限、损耗较大、剖面较高等问题，从而无法很好的适应各种应用场景对天线载荷的轻量化、低剖面、宽带工作的技术要求。
技术实现思路
1、为了实现5ghz的轴比带宽，解决现有天线无法同时满足宽带和低剖面的问题，本发明提供一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线。
2、一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线为矩形平面天线；包括由上至下依次连接的金属辐射层1、集成波导层2和接地层3；
3、所述金属辐射层1上沿长度方向设有八字形缝隙9和矩形缝隙4；所述八字形缝隙9位于金属辐射层1长度方向一侧，八字形缝隙9的小直径端呈平行缝状延伸至金属辐射层1一侧宽度边的边缘，八字形缝隙9的大直径端对应着矩形缝隙4的一侧边；
4、所述矩形缝隙4内依次连接设有的阶梯过渡贴片5和结构相同的三块以上的辐射贴片，相邻辐射贴片之间间距相等；三块以上的辐射贴片中的偶数辐射贴片上设有十字形缝隙；
5、所述辐射贴片由平行设置的正方形贴片61和条状的耦合贴片65构成；阶梯过渡贴片5与相邻辐射贴片中的正方形贴片61之间由微带线连接，相邻辐射贴片中的正方形贴片61之间由微带线连接；
6、与耦合贴片相邻的正方形贴片的左上角处设有左斜边64，与左斜边64相邻的正方形贴片61的侧边上开设有第一阻抗缝67；正方形贴片61的右上角处设有右上斜边62、右下角处设有右下斜边63，右上斜边62和右下斜边63之间的正方形贴片61的侧边上开设有第二阻抗缝66；
7、所述集成波导层2的介质基板上设有均布的若干金属圆柱22；均布的若干金属圆柱22呈开口环状，对应环绕在金属辐射层1上八字形缝隙9和矩形缝隙4的外周；所述开口环状的开口处位于八字形缝隙9的小直径端；
8、均布的若干金属圆柱22的上端连接着金属辐射层1，均布的若干金属圆柱22的下端连接着接地层3；
9、金属辐射层1上八字形缝隙9的小直径端为低剖面宽带圆极化微带贴片天线的输入端口；
10、所述低剖面宽带圆极化毫米波天线的工作频段为70ghz-79.21ghz,在70ghz-78.7ghz输入反射系数s11的数值小于-10db，轴比在74.17ghz-79.21ghz小于3，在工作频段70ghz-79.21ghz的波长λ为3.79mm-4.29mm。
11、进一步限定的技术方案如下：
12、所述矩形缝隙4内设有依次连接的阶梯过渡贴片5和结构相同的三块辐射贴片，所述三块辐射贴片分别为第一辐射贴片6、第二辐射贴片7和第三辐射贴片8；第一辐射贴片6由平行设置的正方形贴片61和条状的耦合贴片65构成；与耦合贴片65相邻的正方形贴片61的左上角处设有左斜边64，左斜边64与正方形贴片61相邻两侧边之间的夹角相等；与左切角64相邻的正方形贴片的侧边上开设有第一阻抗缝67；正方形贴片61的右上角处设有右上斜边62、右下角处设有右下斜边63，右上斜边62与正方形贴片61相邻两侧边之间的夹角和右下斜边63与正方形贴片61相邻两侧边之间的夹角相等；右上斜边62和右下斜边63之间的正方形贴片的侧边上开设有第二阻抗缝66；所述第二辐射贴片7为偶数辐射贴片，第二辐射贴片7上开设有十字形缝隙71。
13、所述正方形贴片61的尺寸为0.25λ×0.25λ，正方形贴片61与耦合贴片65之间的间距为0.05λ；所述左斜边64的边长为0.1λ，左斜边64与正方形贴片61相邻两条侧边之间的夹角相等，均为45°角；所述右上斜边62的边长和右下斜边63的边长相等，均为0.075λ，右上斜边62与正方形贴片61相邻两条侧边之间的夹角相等，均为45°角；右下斜边63与正方形贴片61相邻两条侧边之间的夹角相等，均为45°角；所述第一阻抗缝67的尺寸为0.025λ×0.075λ，第二阻抗缝66的尺寸为0.05λ×0.065λ；所述十字形缝隙71中水平缝隙的尺寸为0.025λ×0.1λ、竖直缝隙的尺寸为0.025λ×0.175λ。
14、所述矩形缝隙4内设有依次连接的阶梯过渡贴片5和结构相同的四块辐射贴片，所述四块辐射贴片分别为第一辐射贴片6、第二辐射贴片7、第三辐射贴片8和第四辐射贴片10；所述第二辐射贴片7和第四辐射贴片10均为偶数辐射贴片，第二辐射贴片7和第四辐射贴片10上分别开设有十字形缝隙。
15、所述相邻辐射贴片之间的间距为0.5λ，所述λ为天线工作频段70-79.21ghz的波长。
16、所述八字形缝隙9小直径端的两侧缝隙的缝宽相同，均为0.1λ；八字形缝隙9大直径端的两侧缝隙的缝宽相同，且缝宽均逐渐增大，最大缝宽为0.2λ。
17、所述阶梯过渡贴片5为阶梯状，包括上矩形贴片和下矩形贴片，上矩形贴片的宽度为0.075λ、下矩形贴片的宽度为0.15λ；上矩形贴片中部与辐射贴片通过微带连接，两个矩形贴片和微带线构成阶梯过渡结构。
18、所述低剖面宽带圆极化毫米波天线的长度为2.5λ-4.5λ、宽度为1.125λ-2λ。
19、所述集成波导层2的厚度为0.0325λ、材料为罗杰斯3003、介电常数为3.0。
20、所述金属圆柱22半径为0.05λ。
21、与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：
22、1、本发明天线所使用的板材为0.0325λ的罗杰斯3003，通过采用三个贴片串联的形式，并在三个贴片左侧设置耦合贴片，提高了天线的阻抗带宽，实现了低剖面的宽带天线，天线的工作频段为70ghz-79.21ghz，阻抗带宽为9.21ghz，有效解决了目前圆极化天线轴比带宽受限、损耗较大、剖面较高等问题。
23、2、本发明天线采用接地共面波导(gcpw)结构馈电，后经过八字形缝隙的过渡结构实现了接地共面波导(gcpw)结构到基片集成波导(siw)结构的过渡。
24、3、本发明天线对三辐射贴片的左侧、右上、右下分别设有左斜边、右上斜边、右下斜边，以满足圆极化的基本电流分布要求。贴片的中部左侧和右侧分别设有不同尺寸的阻抗缝，提高了天线的轴比带宽，轴比带宽为74.17-79.21ghz。
25、4、本发明天线采取接地共面波导的馈电方式，通过八字形缝隙过渡到基片集成波导结构，通过多贴片串联、加载耦合贴片的方式提高了天线的阻抗带宽，又通过在三个矩形辐射贴片上切掉三个角形成斜边，并开设两处阻抗缝的方式调节天线的圆极化带宽，克服了微带圆极化天线带宽窄的不足。
26、5、本发明天线具有结构简单、易集成和小型化等优点，能够较好满足实际应用需求。基于介质基板的加工工艺成熟，成本低，制作过程简单，成品率高，可以满足剖面宽带圆极化微带贴片天线低造价的要求。在实际应用中可用于5g无线通信和车载毫米波雷达，具备较丰富的使用空间。
1.一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述低剖面宽带圆极化毫米波天线为矩形平面天线；包括由上至下依次连接的金属辐射层(1)、集成波导层(2)和接地层(3)；
2.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述矩形缝隙(4)内设有依次连接的阶梯过渡贴片(5)和结构相同的三个辐射贴片，所述三块辐射贴片分别为第一辐射贴片(6)、第二辐射贴片(7)和第三辐射贴片(8)；第一辐射贴片(6)由平行设置的正方形贴片(61)和条状的耦合贴片(65)构成；与耦合贴片(65)相邻的正方形贴片(61)的左上角处设有左斜边(64)，左斜边(64)与正方形贴片(61)相邻两侧边之间的夹角相等；与左斜边(64)相邻的正方形贴片的侧边上开设有第一阻抗缝(67)；正方形贴片(61)的右上角处设有右上斜边(62)、右下角处设有右下斜边(63)，右上斜边(62)与正方形贴片(61)相邻一侧边之间的夹角和右下斜边(63)与正方形贴片(61)相邻两侧边之间的夹角相等；右上斜边(62)和右下斜边(63)之间的正方形贴片的侧边上开设有第二阻抗缝(66)；所述第二辐射贴片(7)为偶数辐射贴片，第二辐射贴片(7)上开设有十字形缝隙(71)。
3.根据权利要求2所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述正方形贴片(61)的尺寸为0.25λ×0.25λ，正方形贴片(61)与耦合贴片(65)之间的间距为0.05λ；所述左斜边(64)的边长为0.1λ，左斜边(64)与正方形贴片(61)相邻两条侧边之间的夹角相等，均为45°角；所述右上斜边(62)的边长和右下斜边(63)的边长相等，均为0.075λ，右上斜边(62)与正方形贴片(61)相邻两条侧边之间的夹角相等，均为45°角；右下斜边(63)与正方形贴片(61)相邻两条侧边之间的夹角相等，均为45°角；所述第一阻抗缝(67)的尺寸为0.025λ×0.075λ，第二阻抗缝(66)的尺寸为0.05λ×0.065λ；所述十字形缝隙(71)中水平缝隙的尺寸为0.025λ×0.1λ、竖直缝隙的尺寸为0.025λ×0.175λ。
4.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述矩形缝隙(4)内设有依次连接的阶梯过渡贴片(5)和结构相同的四块辐射贴片，所述四块辐射贴片分别为第一辐射贴片(6)、第二辐射贴片(7)、第三辐射贴片(8)和第四辐射贴片(10)；所述第二辐射贴片(7)和第四辐射贴片(10)上分别开设有十字形缝隙。
5.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特-征在于：所述相邻辐射贴片之间的间距为0.5λ。
6.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述的八字形缝隙(9)小直径端的两侧缝隙的缝宽相同，均为0.1λ；八字形缝隙(9)大直径端的两侧缝隙的缝宽相同，且缝宽均逐渐增大，最大缝宽为0.2λ。
7.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述阶梯过渡贴片(5)为阶梯状，包括上矩形贴片和下矩形贴片，上矩形贴片的宽度为0.075λ、下矩形贴片的宽度为0.15λ；上矩形贴片中部与辐射贴片通过微带连接，两个矩形贴片和微带线构成阶梯过渡结构。
8.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述低剖面宽带圆极化毫米波天线的长度为2.5λ-4.5λ、宽度为1.125λ-2λ。
9.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述集成波导层(2)的厚度为0.0325λ、材料为罗杰斯3003、介电常数为3.0。
10.根据权利要求1所述的一种哑铃型开槽串联贴片的低剖面宽带圆极化毫米波天线，其特征在于：所述金属圆柱(22)半径为0.05λ。
