CN110444872A - 一种应用于毫米波的宽带三维立体折叠天线 - Google Patents

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刘美杉
刘秀博
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Abstract

本发明涉及一种应用于毫米波的宽带三维立体折叠天线，包括介质基板，紧贴于介质基板上表面的折叠辐射单元，位于介质基板下表面的接地板、馈点、馈点下方的焊料球以及位于介质基板内部用于连接辐射单元和馈点的两个金属通孔，其特征在于，所述的折叠辐射单元包括五个首尾相连的金属条，五个金属条相互连接形成带有缺口的口字形状，连接部位相互垂直。

Description

一种应用于毫米波的宽带三维立体折叠天线
技术领域
本发明专利涉及微波通信技术领域，特别是一种适用于毫米波的宽频带且高性能的三维立体折叠天线。
背景技术
作为天线主要用来辐射和接收电磁波，在整个无线通信系统中承担着至关重要的作用。随着无线技术发展，无线设备已经可以同时提供多种应用服务，其工作频带也由单一频带向多频带、宽频带发展。从2G到5G，多代移动通信网络并存的局面将长期存在，因此我们能用尽量少的天线甚至一副天线即可覆盖全部所需频段。
相比于微波天线等设计，折叠天线具有增益高、频率覆盖宽、噪声低等特点。此外折叠天线与半波折叠天线相比，尺寸小很多，特别是毫米波频段的天线体积更小，与射频前端的集成化程度更高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种结构简单的宽带三维立体折叠天线。
一种应用于毫米波的宽带三维立体折叠天线，包括介质基板，紧贴于介质基板上表面的折叠辐射单元，位于介质基板下表面的接地板、馈点、馈点下方的焊料球以及位于介质基板内部用于连接辐射单元和馈点的两个金属通孔，其特征在于，所述的折叠辐射单元包括五个首尾相连的金属条，五个金属条相互连接形成带有缺口的口字形状，连接部位相互垂直，设五个金属条依次为a1,a2,a3,a4,a5，a1和a5之间存在缺口，端部分别与两个通孔相连，金属条a1与a5的长度为l3＝2.3mm,金属条a2与金属条a4的长度为l2＝2.1mm，金属条a3的长度为l1＝5.75mm,金属条a1与金属条a5距离为l4＝1.15mm，各个金属条的宽度为0.5mm。
本发明与现有发明的优势在于:
1.本发明采用贴片式结构，结构小巧轻薄，便于安装，更适用于小型设备和空间。
2.天线辐射单元为单层结构，体积小，成本低。
3.设计了一种立体三维折叠结构，便于集成；
4.本设计在较宽频段内有良好的方向辐射性；
5.本发明适用于阵列形式的天线阵元组合，具有扩展性。
附图说明
图1是本发明应用于毫米波的三维折叠天线的剖视图；
图2是本发明应用于毫米波的三维折叠天线的俯视图；
图3是本发明应用于毫米波的三维折叠天线的仰视图；
图4是本发明天线的反射系数；
图5—7分别是本发明在28GHz时Phi＝0°，Phi＝90°，Phi＝45°的辐射方向图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的天线阵元包括介质基板1；位于介质基板上表面的折叠辐射单元2；位于介质基板下表面的接地板和馈点3；接地板和馈点下方的焊料球4；连接辐射单元和馈点的金属通孔5，6。
所述介质基板由矩形介质基板构成；所述辐射单元由金属条构成，此形状呈中心对称结构；所述接地板和馈点由基板下表面的金属构成，且所述接地板和馈点之间存在环形空气间隙。
所述介质基板1表面形状呈正方形；所述基板材料为有机材料，陶瓷材料，半导体材料且不限于上述材料。
所述的三维折叠天线阵元，其特征在于：所述辐射单元2位于所述介质基板1上表面。
所述辐射单元由中心对称的金属条构成；
所述接地板和馈点为位于介质基板下表面的金属结构。且所述接地板和馈点之间存在环形空气间隙，所述馈点由幅度相同，相位相差180°的差分信号馈入。
所述金属通孔5，6贯穿介质基板1且连接折叠辐射单元2和接地板3。
所述焊料球4位于接地板3和馈点的下表面。所述焊料球材料为可用于连接的金属材料。
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
所述辐射单元2位于所述介质基板1上表面，且由五个宽度相同的金属条a1,a2,a3,a4,a5相互首尾连接形成折叠形状(见图2)。其中金属条a2与金属条a1,a3相互垂直，金属条a4与金属条a3,a5相互垂直；并且金属条a2与金属条a4中心对称，金属条a1与金属条a5中心对称；金属条a1与金属通孔5相连，金属条a5与通孔6相连；金属条a1与a5的长度为l3＝2.3mm,金属条a2与金属条a4的长度为l2＝2.1mm，金属条a3的长度为l1＝5.75mm,金属条a1与金属条a5距离为l4＝1.15mm。金属条的宽度为0.5mm。
本实例折叠天线在电磁仿真软件HFSS中建模仿真，图4是本实例中反射系数仿真图，表明本实例带宽可覆盖25～30GHz的频带。
通带内在28GHz频点辐射方向图分别如图5、图6、图7所示，表明本设计在较宽频带范围内具有良好的辐射方向性。
综上所述，本发明的应用于毫米波的宽带三维立体折叠天线采用贴片式结构，实现了从二维平面到三维立体结构，小巧轻便，便于集成；具有优异的电学性能；可覆盖较宽的毫米波频段；具有可扩展能力；十分适用于现代毫米波通信系统。

Claims (1)

1.一种应用于毫米波的宽带三维立体折叠天线，包括介质基板，紧贴于介质基板上表面的折叠辐射单元，位于介质基板下表面的接地板、馈点、馈点下方的焊料球以及位于介质基板内部用于连接辐射单元和馈点的两个金属通孔，其特征在于，所述的折叠辐射单元包括五个首尾相连的金属条，五个金属条相互连接形成带有缺口的口字形状，连接部位相互垂直，设五个金属条依次为a1,a2,a3,a4,a5，a1和a5之间存在缺口，端部分别与两个通孔相连，金属条a1与a5的长度为l3＝2.3mm,金属条a2与金属条a4的长度为l2＝2.1mm，金属条a3的长度为l1＝5.75mm,金属条a1与金属条a5距离为l4＝1.15mm，各个金属条的宽度为0.5mm。
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