一种覆盖全Ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线的制作方法

本发明涉及天线，尤其涉及一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线。该天线通过引入截断矩形寄生贴片与l形寄生结构，有效抑制了因馈电偏置引入的寄生耦合电流，实现了全频带内对称稳定的辐射方向图与高前后比，具有宽阻抗带宽、高增益平坦度及结构紧凑等优点，特别适用于ku波段卫星通信、雷达系统及高通量无线网络中对高前后比、稳定辐射和宽带宽有高要求的场景。

背景技术：

1、ku波段（12-18ghz）是卫星通信、雷达系统及高通量无线网络的关键频段，要求天线同时具备宽阻抗带宽与稳定的辐射特性。其中，高前后比（fbr）对于抑制相邻系统干扰、提升同址收发模块间隔离度以及确保目标覆盖区域内的高效功率传输至关重要。同时，辐射方向图对称性与增益稳定性对于实现一致覆盖和可靠系统集成同样具有重要意义。

2、为提升前后比，研究者们探索了多种技术方案。反射结构（如背腔反射器和基于超材料的接地板）可有效抑制后向辐射，但通常会增加天线占地面积和剖面高度；高阶模式激励虽提供了一种替代途径，但常受限于工作带宽和复杂的模式控制；在行波或端射结构中采用短路针和寄生单元也被研究，但这些方法往往在频带边缘存在阻抗失配或前后比恶化问题。

3、在各类候选方案中，磁电（me）偶极子天线被证明尤为有效，其利用正交电偶极子与磁偶极子之间的相长干涉实现单向辐射并抑制后瓣。已有多种实现方案被报道以进一步提升前后比性能，包括介质谐振器加载实现紧凑互补源辐射、短路针或人工结构以调和宽频带内的竞争谐振，以及引入磁电偶极子引向器以同时提高增益和前后比。

4、然而，尽管取得了上述进展，许多磁电偶极子天线设计仍受到三个持续存在的限制：有效带宽受限、辐射方向图不对称以及工作频带内的增益波动——这些问题均损害了辐射稳定性并制约了实际部署能力。

5、为缓解方向图不对称，研究者们提出了多种结构改进方案，包括介质加载、补偿缝隙配置和旋转对称架构等。然而，这些方法往往伴随着固有的权衡取舍——如设计复杂度增加、增益降低或带宽受限——且尚未有效适配于覆盖全ku波段的磁电偶极子配置。

6、因此，开发一种能够无缝集成宽阻抗带宽、高前后比、完美方向图对称性和稳定增益的全ku波段磁电偶极子天线，仍是一项亟待解决的挑战。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出了一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线。该天线有效消除了馈电偏置引入的寄生耦合电流，确保方向图对称；并将将磁流分布向上推移，使磁相位中心与电相位中心更接近，从而显著提升前后比。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，包含从上至下依次设置的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板。所述第三介质基板的下表面和第四介质基板的下表面分别设有上金属接地板和下金属接地板。

4、所述第一介质基板的上表面设置有四个矩形辐射贴片，每一矩形辐射贴片均通过金属通孔连接至底部的下金属接地板，构成中央短路辐射结构，用于产生电偶极子辐射。

5、所述第一介质基板的上表面外围还设置有四个截断矩形寄生贴片，对称布置于所述中央短路辐射结构四周。第三介质基板的上表面具有第一金属圆盘，第一金属圆盘与截断矩形寄生贴片一一对应，且第一金属圆盘位于对应截断矩形寄生贴片的正下方。每个截断矩形寄生贴片均通过第一金属盲孔与对应的第一金属圆盘连接，共同构成l形寄生结构，用于优化天线的磁流分布。

6、所述第一介质基板的上表面中心设置有馈电贴片。所述馈电贴片的两端底部分别设置有第二金属盲孔和第三金属盲孔。第二介质基板的上表面具有第二金属圆盘，其中，第二金属盲孔竖直设置并连接在第二金属圆盘上。所述第三金属盲孔的底端贯穿上金属接地板并延伸至下金属接地板，且第三金属盲孔与上金属接地板和下金属接地板均无电气接触，形成馈电端口。

7、所述下金属接地板上具有避让长孔，该避让长孔中设置有延伸微带线。所述下金属接地板的下表面具有馈电接头，馈电接头的内导体通过所述延伸微带线与第三金属盲孔连接，馈电接头的外导体连接在下金属接地板上，从而实现射频信号的馈入。

8、进一步的，所述截断矩形寄生贴片的主体为缺角的矩形贴片，其中“缺角”含义为：在矩形贴片的其中一个角位置处切除一个小矩形。

9、进一步的，所述四个矩形辐射贴片以2×2矩形阵列方式排布；四个截断矩形寄生贴片与四个矩形辐射贴片一一对应，截断矩形寄生贴片位于对应矩形辐射贴片的外侧，并紧邻矩形辐射贴片的宽边；相邻截断矩形寄生贴片的缺角正对，并均靠近所述馈电贴片。

10、进一步的，每一金属通孔均位于矩形辐射贴片的内角位置处，且金属通孔贯穿上金属接地板并与上金属接地板接触，以实现短路连接。

11、进一步的，所述第一介质基板采用f4btms265材料，介电常数εr=2.65，损耗角正切tanδ=0.0014。

12、进一步的，所述第一介质基板与第二介质基板之间、第二介质基板与第三介质基板之间，以及第三介质基板和第四介质基板之间均设置有半固化片粘合层，所述半固化片粘合层采用fr28材料，介电常数εr=2.74，损耗角正切tanδ=0.0017，厚度为0.1mm。

13、进一步的，所述截断矩形寄生贴片的长边和矩形辐射贴片的长边相垂直。

14、本发明与背景技术相比具有以下显著优点：

15、本发明采用截断矩形寄生贴片，有效消除了因馈电偏置引入的寄生耦合电流，使天线在全ku波段内实现完美的方向图对称性，e面θ=±60°增益差从5.4db降至仅0.6db。

16、本发明通过由金属盲孔与金属圆盘构成的l形寄生结构，将磁流分布向上推移，使磁相位中心与电相位中心更接近，大幅提升前后比。前后比达到22.3~31.5db，显著优于同类设计。

17、本发明实现了宽阻抗带宽，在12-18ghz全ku波段内s11<-10db，阻抗带宽达40%，辐射效率稳定在85%以上。

18、本发明增益稳定性好，在工作频带内增益为5.92~6.58dbi，波动仅为0.66db。

19、本发明结构紧凑，天线整体尺寸仅为0.38λ0 × 0.38λ0 × 0.11λ0（λ0为自由空间波长），便于集成到各种ku波段无线通信设备中。

1.一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，包含从上至下依次设置的第一介质基板（10）、第二介质基板（12）、第三介质基板（14）和第四介质基板（16）；其特征在于：所述第三介质基板（14）的下表面和第四介质基板（16）的下表面分别设有上金属接地板（21）和下金属接地板（20）；

2.根据权利要求1所述的一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，其特征在于，所述截断矩形寄生贴片（5）的主体为缺角的矩形贴片，其中缺角含义为：在矩形贴片的其中一角位置处切除矩形。

3.根据权利要求2所述的一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，其特征在于，所述四个矩形辐射贴片（2）以2×2矩形阵列方式排布；四个截断矩形寄生贴片（5）与四个矩形辐射贴片（2）一一对应，截断矩形寄生贴片（5）位于对应矩形辐射贴片（2）的外侧，并紧邻矩形辐射贴片（2）的宽边；相邻截断矩形寄生贴片（5）的缺角正对，并均靠近馈电贴片（7）。

4.根据权利要求1所述的一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，其特征在于，每一金属通孔（4）均位于矩形辐射贴片（2）的内角位置处，金属通孔（4）贯穿上金属接地板（21）并与上金属接地板（21）接触。

5.根据权利要求1所述的一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，其特征在于，所述第一介质基板（10）采用f4btms265材料，介电常数εr=2.65，损耗角正切tanδ=0.0014。

6.根据权利要求1所述的一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，其特征在于，所述第一介质基板（10）与第二介质基板（12）之间、第二介质基板（12）与第三介质基板（14）之间，以及第三介质基板（14）和第四介质基板（16）之间分别设置有第一半固化片粘合层（11）、第二半固化片粘合层（13）和第三半固化片粘合层（15），所述半固化片粘合层采用fr28材料，介电常数εr=2.74，损耗角正切tanδ=0.0017，厚度为0.1mm。

7.根据权利要求3所述的一种覆盖全ku波段的高前后比对称辐射磁电偶极子天线，其特征在于，所述截断矩形寄生贴片（5）的长边和矩形辐射贴片（2）的长边相垂直。