CN110649380A

CN110649380A - 一种毫米波宽带滤波天线

Info

Publication number: CN110649380A
Application number: CN201910932247.XA
Authority: CN
Inventors: 吴晓宁; 洪伟; 胡珺; 周健义; 朱光福
Original assignee: Nanjing Ruima Millimeter Wave Terahertz Technology Research Institute Co Ltd; Beijing Zhongshiweiye Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Ruima Millimeter Wave Terahertz Technology Research Institute Co Ltd; Beijing Zhongshiweiye Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2020-01-03

Abstract

本发明提供了一种毫米波宽带滤波天线，第一介质层上设置有第一微带辐射单元，第二介质层上设置有第二微带辐射单元，第二微带辐射单元与第一微带辐射单元耦合设置；第四介质层上设置有带状线馈电网络，带状线馈电网络包括带状线馈电线、第一短路三角形贴片和与第一短路三角形贴片耦合设置的第二短路三角形贴片，第二短路三角形贴片与第二微带辐射单元耦合设置；第五介质层底部设有微带线馈电线，微带线馈电线与带状线馈电线连接，基于此，第一短路三角形贴片、第二短路三角形贴片、第二微带辐射单元和第一微带辐射单元构成了四个谐振器，从而实现了四阶宽带滤波的效果，拓展了滤波天线的阻抗带宽。

Description

一种毫米波宽带滤波天线

技术领域

本发明涉及毫米波技术领域，更具体地说，涉及一种毫米波宽带滤波天线。

背景技术

随着第五代移动通信(5G)技术的高速发展，微波毫米波系统功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高，同时也要求其体积越来越小、重量越来越轻，也就是说，整个系统在向小型化、轻量化、宽带化、低成本方向发展。

由于具有滤波特性的宽带毫米波天线能够有效降低带外信号对系统的影响，降低系统对滤波器设计的指标要求，能够满足系统小型化的要求，因此，毫米波宽带滤波天线对于5G毫米波基站和终端的发展具有重要意义。

虽然现有技术中已经对毫米波滤波天线开展了广泛的研究，并形成一系列的技术成果，但是，当前大部分的毫米波滤波天线的带宽较窄，对于毫米波5G宽带的应用，仍然有提高的必要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种毫米波宽带滤波天线，以提高滤波天线的带宽。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种毫米波宽带滤波天线，包括从上往下依次层叠设置的第一介质层、第二介质层、第一金属层、第三介质层、第四介质层、第二金属层和第五介质层；

所述第一介质层上设置有第一微带辐射单元，所述第二介质层上设置有第二微带辐射单元，所述第二微带辐射单元与所述第一微带辐射单元耦合设置；

所述第四介质层上设置有带状线馈电网络，所述带状线馈电网络包括带状线馈电线、与所述带状线馈电线连接的第一短路三角形贴片和与所述第一短路三角形贴片耦合设置的第二短路三角形贴片，所述第二短路三角形贴片通过贯穿所述第一金属层的开槽与所述第二微带辐射单元耦合设置；

所述第五介质层底部设有微带线馈电线，所述微带线馈电线通过贯穿所述第五介质层、所述第二金属层和所述第四介质层的金属化通孔与所述带状线馈电线连接。

可选地，还包括多个屏蔽孔；

所述屏蔽孔贯穿所述第一金属层、所述第三介质层、所述第四介质层、所述第二金属层和所述第五介质层；

所述多个屏蔽孔围绕所述带状线馈电网络和所述金属化通孔设置，用于实现所述带状线馈电网络和所述金属化通孔的屏蔽。

可选地，所述第四介质层上设置有两组带状线馈电网络，用于实现两个极化的馈电。

可选地，所述第一金属层上具有两个开槽，每个所述开槽与一个所述第二短路三角形贴片对应设置；

所述天线具有两个金属化通孔，每个所述金属化通孔与一组带状线馈电网络中的带状线馈电线对应设置。

可选地，所述开槽为方形槽。

可选地，所述第一金属层和所述第二金属层上均具有反焊盘，所述反焊盘用于防止所述金属化通孔与所述金属层短路。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的毫米波宽带滤波天线，由于第二微带辐射单元与第一微带辐射单元耦合设置、第一短路三角形贴片与第二短路三角形贴片耦合设置、第二短路三角形贴片与第二微带辐射单元耦合设置，因此，第一短路三角形贴片、第二短路三角形贴片、第二微带辐射单元和第一微带辐射单元构成了四个谐振器，从而实现了四阶宽带滤波的效果，拓展了阻抗带宽，相对于现有技术抑制了天线带外辐射，提高了天线的频率选择性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的分层结构示意图；

图3为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的第一微带辐射单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的第二微带辐射单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的带状线馈电网络的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的第一金属层的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的微带线馈电线的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的第二金属层的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的S参数仿真结果图；

图10为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的增益曲线仿真结果图；

图11为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的XOZ面方向图的仿真结果；

图12为本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线的YOZ面方向图的仿真结果。

具体实施方式

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种毫米波宽带滤波天线，如图1和图2所示，包括从上往下依次层叠设置的第一介质层1、第二介质层2、第一金属层3、第三介质层4、第四介质层5、第二金属层6和第五介质层7。

可选地，第一介质层1采用厚度为1.016mm的介质基片，第二介质层2和第四介质层5采用0.2mm的粘贴片，第三介质层4和第五介质层7采用厚度为0.203mm的介质基片。

其中，第一介质层1上设置有第一微带辐射单元8，第二介质层2上设置有第二微带辐射单元9，第二微带辐射单元9与第一微带辐射单元8耦合设置。可选地，如图3所示，第一微带辐射单元8位于第一介质层1的中间区域，如图4所示，第二微带辐射单元9位于第二介质层2的中间区域。当然，本发明并不仅限于此，微带辐射单元还可以位于介质层的其他位置。

此外，第四介质层5上设置有带状线馈电网络10，如图5所示，带状线馈电网络10包括带状线馈电线101、与带状线馈电线101连接的第一短路三角形贴片102和与第一短路三角形贴片102耦合设置的第二短路三角形贴片103，其中，第一短路三角形贴片102和第二短路三角形贴片103通过相邻边的S形缝隙进行耦合，第二短路三角形贴片103通过贯穿第一金属层3的开槽30与第二微带辐射单元9耦合设置。同样，本发明并不对贴片的形状和耦合方式进行限制，只要二者能够实现耦合作用即可。

如图6所示，第一金属层3上具有开槽30，可选地，该开槽30为方形槽。同样，本发明实施例也不对开槽30的形状进行限定，其可以是方形槽，也可以是三角形或圆形槽等。

本发明实施例中，第五介质层7底部设有微带线馈电线11，微带线馈电线11通过贯穿第五介质层7、第二金属层6和第四介质层5的金属化通孔12与带状线馈电线101连接。

进一步地，如图5和图6所示，本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线还包括多个屏蔽孔13，该屏蔽孔13贯穿第一金属层3、第三介质层4、第四介质层5、第二金属层6和第五介质层7，并且，多个屏蔽孔13围绕带状线馈电网络10和金属化通孔12设置，用于实现带状线馈电网络10和金属化通孔12的屏蔽。

可选地，本发明实施例提供的毫米波宽带滤波天线中，第四介质层5上设置有两组带状线馈电网络10，用于实现两个极化的馈电。也就是说，本发明实施例中的毫米波宽带滤波天线为毫米波宽带双极化滤波天线，以通过双极化天线提高系统数据吞吐量，提升通信速率。

基于此，本发明实施例中的第一金属层3上具有两个开槽30，每个开槽30与一个第二短路三角形贴片103对应设置。本发明实施例提供的天线具有两个金属化通孔12，每个金属化通孔12与一组带状线馈电网络10中的带状线馈电线101对应设置。并且，本发明实施例提供的天线具有两个微带线馈电线11，如图7所示，每个微带线馈电线11与一个金属化通孔12对应连接。其中，这两个微带线馈电线11形成两个输入端口，用于双极化天线的馈电。

本发明实施例中，第一金属层3和第二金属层6上均具有反焊盘，反焊盘用于防止金属化通孔12与金属层短路。如图6所示，第一金属层3上具有反焊盘31和32，反焊盘31和32围绕金属化通孔12，用于防止金属化通孔12与第一金属层3短路。如图8所示，第二金属层6上也具有反焊盘61和62，同样，反焊盘61和62围绕金属化通孔12，用于防止金属化通孔12与第二金属层6短路。

本发明实施例提供的滤波天线，信号通过微带线馈电线11和金属化通孔12传输至带状线馈电线101，带状线馈电线101将信号传输至与其直接相连的第一短路三角形贴片102，第一短路三角形贴片102通过耦合作用将信号传输至第二短路三角形贴片103，第二短路三角形贴片103通过与第二微带辐射单元9的耦合作用，将信号传输至第二微带辐射单元9，第二微带辐射单元9通过与第一微带辐射单元8的耦合作用将信号传输至第一微带辐射单元8，由于第一微带辐射单元8和第二微带辐射单元9都为辐射结构，因此，信号可以通过第一微带辐射单元8和第二微带辐射单元9向空间辐射出去。

本发明所提供的毫米波宽带滤波天线，由于第二微带辐射单元9与第一微带辐射单元8耦合设置、第一短路三角形贴片102与第二短路三角形贴片103耦合设置、第二短路三角形贴片103与第二微带辐射单元9耦合设置，因此，第一短路三角形贴片102、第二短路三角形贴片103、第二微带辐射单元9和第一微带辐射单元8构成了四个谐振器，从而实现了四阶宽带滤波的效果，拓展了阻抗带宽，可以实现大于22％的阻抗带宽，相对于现有技术抑制了天线带外辐射，提高了天线的频率选择性。

如图9所示，图9为本发明实施例提供的天线的S参数仿真结果图，由仿真结果可以看出天线在24GHz-30GHz具有良好的回波损耗，同时在该频段内的隔离度优于-30dB。如图10所示，图10为本发明实施例提供的天线的增益曲线仿真结果图，由仿真结果可以看出，天线在带内具有平坦的增益，在带外有较好的抑制。图11和图12为本发明实施例提供的天线在27GHz频率下XOZ面、YOZ面方向图的仿真结果，由仿真结果可以看出在27GHz时，交叉极化分量相对于共极化分量小了30dB以上。

本发明实施例提供的天线具有紧凑的结构，较宽的阻抗带宽(约22.2％)，较好的带外谐波抑制，较平坦的带内增益，较高正交极化区分度等特点，可以实现小型化和宽带化的毫米波双极化滤波，并可与5G毫米波射频多通道芯片直接集成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种毫米波宽带滤波天线，其特征在于，包括从上往下依次层叠设置的第一介质层、第二介质层、第一金属层、第三介质层、第四介质层、第二金属层和第五介质层；

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括多个屏蔽孔；

3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述第四介质层上设置有两组带状线馈电网络，用于实现两个极化的馈电。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一金属层上具有两个开槽，每个所述开槽与一个所述第二短路三角形贴片对应设置；

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述开槽为方形槽。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层上均具有反焊盘，所述反焊盘用于防止所述金属化通孔与所述金属层短路。