CN110649382A - 一种毫米波双极化天线 - Google Patents

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赵立月
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Abstract

本发明实施例提供了一种毫米波双极化天线，包括：辐射单元、上层介质基板、金属接地板、下层介质基板和L型探针馈电结构；辐射单元和L型探针馈电结构嵌套在上层介质基板内，辐射单元与金属接地板连接；上层介质基板位于金属接地板的上方，下层介质基板位于金属接地板的下方；下层介质基板内设有多个金属柱，金属柱靠近L型探针馈电结构；下层介质基板的底面设有金属馈电带，金属馈电带的一端与所述L型探针馈电结构相连接，另一端延伸至所述下层介质基板的边缘。本发明实现双线极化并且具有较宽的工作带宽；易于加工，成本低。所有结构均集成在介质基片中，无加工精度要求很高的结构，在毫米波器件加工中极大节省加工成本；结构紧凑，剖面低，空间占有体积小。

Description

一种毫米波双极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种毫米波双极化天线。
背景技术
无线通信技术在当今发展的日新月异，人们对移动通信系统速度、容量及安全性方面的需求促使移动通信系统的带宽不断扩展，为满足移动通信系统的需求，现代通信天线也需要宽带发展。另外，随着电磁环境日益复杂，电磁波在传播过程中会遇到大量的障碍物而发生反射、折射、散射，造成多径衰落现象。双极化天线作为分集技术的一种，能够同时工作于收发双工模式，即可以同时发射或者接收两个相互正交极化的电磁波，通过频率复用来减少由多径衰减带来的影响，并且双极化天线对架设要求不高，可以降低安装成本。
毫米波拥有更宽的频谱带宽，使得无线通信设备具有更高的通信速率，可有效解决目前6GHz以下低频无线通信中电磁频谱资源紧张的问题。目前，部分毫米波无线通信应用已被提出，包括位于28GHz(27.5-28.35GHz)和38GHz频段(37-43.5GHz)的第五代移动通信系统(5G)。
工作于毫米波的宽带双极化天线不仅结合了宽带天线和双极化天线的优点，在性能上有很大的提高，在一定程度上降低整个系统的成本，还可以应用于未来部分毫米波无线应用，因此近年来毫米波宽带双极化天线由于自身独特优势已成为现代无线通信领域的研究热点之一，但是，现有的双极化毫米波天线大部分存在只有单一极化、辐射方向图不对称、结构不适合组成阵列，不利于小型化与集成化、加工成本较高等缺点。
发明内容
本发明的实施例提供了一种毫米波双极化天线，以克服现有技术的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种毫米波双极化天线，包括：辐射单元、上层介质基板、金属接地板、下层介质基板和L型探针馈电结构；
所述辐射单元和L型探针馈电结构嵌套在所述上层介质基板内，所述辐射单元与所述金属接地板连接；
所述上层介质基板位于所述金属接地板的上方，所述下层介质基板位于所述金属接地板的下方；
所述下层介质基板内设有多个金属柱，所述金属柱靠近所述L型探针馈电结构；
所述下层介质基板的底面设有金属馈电带，所述金属馈电带的一端与所述L型探针馈电结构相连接，另一端延伸至所述下层介质基板的边缘。
优选地，所述L型探针馈电结构包括：高探针和低探针；
所述高探针包括：第一金属带和第一探针金属柱，所述第一探针金属柱垂直连接于第一金属带一端部下方；
所述低探针包括：第二金属带和第二探针金属柱，所述第二探针金属柱垂直连接于第二金属带一端部下方；
所述第一金属带与第二金属带垂直不接触，且所述第一金属带位于所述第二金属带上方；
所述金属馈电带为两条，分别与第一探针金属柱和第二探针金属柱接触。
优选地，所述第一探针金属柱四周设有6个金属柱，每个金属柱距离第一探针金属柱的距离相等；所述第二探针金属柱四周设有6个金属柱，每个金属柱距离第二探针金属柱的距离相等。
优选地，所述辐射单元包括：金属辐射片和金属支撑装置，所述上层介质基板的顶面具有矩阵排列的四个辐射片，所述金属支撑装置为四个，每个金属支撑装置的顶面与金属辐射片接触，其底面与所述金属接地板接触。
优选地，所述金属支撑装置为金属柱支撑柱。
优选地，所述金属支撑装置为多条L型平面金属带和销钉组成的L型垂直金属结构，所述多条L型平面金属带由上至下平行排列，通过所述销钉固定连接。
优选地，所述金属支撑装置为L型金属板。
优选地，所述上层介质基板包括：第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板，所述第一介质基板和第三介质基板分别位于所述第二介质基板上下表面；
所述第一金属带设于第一介质基板，所述第二金属带设于第二介质基板；
所述金属支撑柱为中空圆柱。
优选地，所述上层介质基板包括：依次叠放的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板；
所述第一金属带设于第一介质基板，所述第二金属带设于第二介质基板；
所述金属支撑柱为中空圆柱，其底部套装有金属圆环，所述金属圆环位于第四介质基板内。
优选地，所述上层介质基板和下层介质基板为陶瓷基板。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种毫米波双极化天线，具有以下有益效果：可实现双线极化并且具有较宽的工作带宽；易于加工，成本低。所有结构均集成在介质基片中，无加工精度要求很高的结构，在毫米波器件加工中极大节省加工成本；结构紧凑，剖面低，空间占有体积小。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的毫米波双极化天线的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的毫米波双极化天线的分层结构示意图；
图3本发明实施例一提供的毫米波双极化天线的俯视结构示意图；
图4本发明实施例一提供的毫米波双极化天线的侧视结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的毫米波双极化天线的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的毫米波双极化天线的分层结构示意图；
图7本发明实施例二提供的毫米波双极化天线的俯视结构示意图；
图8本发明实施例二提供的毫米波双极化天线的侧视结构示意图；
图9为本发明实施例三提供的毫米波双极化天线的结构示意图；
图10为本发明实施例三提供的毫米波双极化天线的分层结构示意图；
图11本发明实施例三提供的毫米波双极化天线的俯视结构示意图；
图12本发明实施例三提供的毫米波双极化天线的侧视结构示意图；
图13为本发明实施例四提供的毫米波双极化天线的结构示意图；
图14为本发明实施例四提供的毫米波双极化天线的分层结构示意图；
图15本发明实施例四提供的毫米波双极化天线的俯视结构示意图；
图16本发明实施例四提供的毫米波双极化天线的侧视结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
实施例一
本发明实施例提供了一种毫米波双极化天线，如图1-4所示，包括：辐射单元、上层陶瓷基板2、金属接地板3、下层陶瓷基板4和L型探针馈电结构。
辐射单元和L型探针馈电结构嵌套在上层陶瓷基板内，上层陶瓷基板2和下层陶瓷基板4分别位于金属接地板3的上下表面。
辐射单元包括：四个金属辐射片1和四个金属支撑装置12，四个辐射片1设置于上层陶瓷基板2顶面，呈矩阵形式排列。
金属支撑装置12为L型垂直金属结构，包括：多条L型平面金属带121和销钉122，多条L型平面金属带121由上至下平行排列，通过销钉122固定连接。销钉122顶面与金属辐射片1接触，其底面与金属接地板3接触。
L型探针馈电结构包括：高探针和低探针，高探针包括：第一金属带7和第一探针金属柱11，第一探针金属柱11垂直连接于第一金属带7一端部下方；低探针包括：第二金属带8和第二探针金属柱9，第二探针金属柱9垂直连接于第二金属带8一端部下方；第一金属带7与第二金属带8垂直不接触，且第一金属带7位于第二金属带8上方。
第一探针金属柱11和第二探针金属柱9的四周分别设有6个小型金属柱10，小型金属柱10设于下层陶瓷板4中。位于第一探针金属柱11周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第一探针金属柱11的距离相等。位于第二探针金属柱9周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第二探针金属柱9的距离相等。
下层陶瓷基板4的底面设有两条金属馈电带5和6，金属馈电带5和6的一端分别延伸至下层陶瓷基板的边缘，另一端分别与第一探针金属柱11和第二探针金属柱9接触。具体地，金属接地板3上设有两个通孔，第一探针金属柱11穿过金属接地板3上的一个通孔与金属馈电带6连接，第二探针金属柱9穿过金属接地板3上的另一通孔与金属馈电带5连接。同轴到微带线的转换部分通过第二探针金属柱9与其周围的6个小型金属柱10，以及金属馈电带5，高探针也是同样的转换。从微带线馈入的能量经过转接结构到达两个L型探针进而耦合到天线辐射单元辐射，单根微带线馈电产生线极化，两根微带线馈电产生相互垂直的双线极化。
实施例二
本发明实施例提供了一种毫米波双极化天线，如图5-8所示，包括：辐射单元、上层陶瓷基板2、金属接地板3、下层陶瓷基板4和L型探针馈电结构。
辐射单元和L型探针馈电结构嵌套在上层陶瓷基板内，上层陶瓷基板2和下层陶瓷基板4分别位于金属接地板3的上下表面。
辐射单元包括：四个金属辐射片1和四个金属支撑装置12，四个辐射片1设置于上层陶瓷基板2顶面，呈矩阵形式排列。
金属支撑装置为L型金属板14，L型金属板14的顶面与金属辐射片1接触，其底面与金属接地板3接触。
L型探针馈电结构包括：高探针和低探针，高探针包括：第一金属带7和第一探针金属柱11，第一探针金属柱11垂直连接于第一金属带7一端部下方；低探针包括：第二金属带8和第二探针金属柱9，第二探针金属柱9垂直连接于第二金属带8一端部下方；第一金属带7与第二金属带8垂直不接触，且第一金属带7位于第二金属带8上方。
第一探针金属柱11和第二探针金属柱9的四周分别设有6个小型金属柱10，小型金属柱10设于下层陶瓷板4中。位于第一探针金属柱11周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第一探针金属柱11的距离相等。位于第二探针金属柱9周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第二探针金属柱9的距离相等。
下层陶瓷基板4的底面设有两条金属馈电带5和6，金属馈电带5和6的一端分别延伸至下层陶瓷基板的边缘，另一端分别与第一探针金属柱11和第二探针金属柱9接触。具体地，金属接地板3上设有两个通孔，第一探针金属柱11穿过金属接地板3上的一个通孔与金属馈电带6连接，第二探针金属柱9穿过金属接地板3上的另一通孔与金属馈电带5连接。同轴到微带线的转换部分通过第二探针金属柱9与其周围的6个小型金属柱10，以及金属馈电带5，高探针也是同样的转换。从微带线馈入的能量经过转接结构到达两个L型探针进而耦合到天线辐射单元辐射，单根微带线馈电产生线极化，两根微带线馈电产生相互垂直的双线极化。
实施例三
本发明实施例提供了一种毫米波双极化天线，如图9-12所示，包括：辐射单元、上层介质基板2、金属接地板3、下层介质基板4和L型探针馈电结构。
辐射单元和L型探针馈电结构嵌套在上层介质基板2内，上层介质基板2和下层介质基板4分别位于金属接地板3的上下表面。其中，上层介质基板2包括：第一介质基板21、第二介质基板22和第三介质基板23，第一介质基板21和第三介质基板23分别位于第二介质基板22上下表面。
辐射单元包括：四个金属辐射片1和四个金属支撑装置，四个辐射片1设置于第一介质基板21顶面，呈矩阵形式排列。金属支撑装置为金属支撑柱13，金属支撑柱13为中空圆柱，其顶面与金属辐射片1接触，底面与金属接地板3接触。
L型探针馈电结构包括：高探针和低探针，高探针包括：第一金属带7和第一探针金属柱11，第一探针金属柱11垂直连接于第一金属带7一端部下方；低探针包括：第二金属带8和第二探针金属柱9，第二探针金属柱9垂直连接于第二金属带8一端部下方；第一金属带7与第二金属带8垂直不接触，且第一金属带7位于第二金属带8上方，第一金属带7设于第一介质基板上表面，第二金属8带设于第二介质基板22内。
第一探针金属柱11和第二探针金属柱9的四周分别设有6个小型金属柱10，小型金属柱10设于下层陶瓷板4中。位于第一探针金属柱11周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第一探针金属柱11的距离相等。位于第二探针金属柱9周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第二探针金属柱9的距离相等。
下层介质基板4的底面设有两条金属馈电带5和6，金属馈电带5和6的一端分别延伸至下层介质基板4的边缘，另一端分别与第一探针金属柱11和第二探针金属柱9接触。具体地，金属接地板3上设有两个通孔，第一探针金属柱11穿过金属接地板3上的一个通孔与金属馈电带6连接，第二探针金属柱9穿过金属接地板3上的另一通孔与金属馈电带5连接。同轴到微带线的转换部分通过第二探针金属柱9与其周围的6个小型金属柱10，以及金属馈电带5，高探针也是同样的转换。从微带线馈入的能量经过转接结构到达两个L型探针进而耦合到天线辐射单元辐射，单根微带线馈电产生线极化，两根微带线馈电产生相互垂直的双线极化。
实施例四
本发明实施例提供了一种毫米波双极化天线，如图13-16所示，包括：辐射单元、上层介质基板2、金属接地板3、下层介质基板4和L型探针馈电结构。
辐射单元和L型探针馈电结构嵌套在上层介质基板2内，上层介质基板2和下层介质基板4分别位于金属接地板3的上下表面。其中，上层介质基板2包括：第一介质基板21、第二介质基板22、第三介质基板23和第四介质基板24，第一介质基板21、第二介质基板22、第三介质基板23和第四介质基板24依次叠放。
辐射单元包括：四个金属辐射片1和四个金属支撑装置，四个辐射片1设置于第一介质基板21顶面，呈矩阵形式排列。金属支撑装置为金属支撑柱13，金属支撑柱13为中空圆柱，其顶面与金属辐射片1接触，底部套装有金属圆环15，金属圆环15位于第四介质基板内上部。
L型探针馈电结构包括：高探针和低探针，高探针包括：第一金属带7和第一探针金属柱11，第一探针金属柱11垂直连接于第一金属带7一端部下方；低探针包括：第二金属带8和第二探针金属柱9，第二探针金属柱9垂直连接于第二金属带8一端部下方；第一金属带7与第二金属带8垂直不接触，且第一金属带7位于第二金属带8上方，第一金属带7设于第一介质基板上表面，第二金属8带设于第二介质基板22内。
第一探针金属柱11和第二探针金属柱9的四周分别设有6个小型金属柱10，小型金属柱10设于下层介质基板4中。位于第一探针金属柱11周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第一探针金属柱11的距离相等。位于第二探针金属柱9周围的6个小型金属柱10，每个小型金属柱10距离第二探针金属柱9的距离相等。
下层介质基板4的底面设有两条金属馈电带5和6，金属馈电带5和6的一端分别延伸至下层介质基板4的边缘，另一端分别与第一探针金属柱11和第二探针金属柱9接触。具体地，金属接地板3上设有两个通孔，第一探针金属柱11穿过金属接地板3上的一个通孔与金属馈电带6连接，第二探针金属柱9穿过金属接地板3上的另一通孔与金属馈电带5连接。同轴到微带线的转换部分通过第二探针金属柱9与其周围的6个小型金属柱10，以及金属馈电带5，高探针也是同样的转换。从微带线馈入的能量经过转接结构到达两个L型探针进而耦合到天线辐射单元辐射，单根微带线馈电产生线极化，两根微带线馈电产生相互垂直的双线极化。
综上所述，本发明实施例一种毫米波双极化天线，天线辐射部分采用磁电偶极子天线，并采用相互垂直的两个L型探针馈电，通过同轴-微带转接后由微带线作为馈电线，单根微带线馈电即产生线极化波，两根微带线馈电产生相互垂直的双极化波。从而可实现双线极化并且具有较宽的工作带宽，易于加工，成本低。所有结构均集成在介质基片中，无加工精度要求很高的结构，在毫米波器件加工中极大节省加工成本。结构紧凑，剖面低，空间占有体积小。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种毫米波双极化天线，其特征在于，包括：辐射单元、上层介质基板、金属接地板、下层介质基板和L型探针馈电结构；
所述辐射单元和L型探针馈电结构嵌套在所述上层介质基板内，所述辐射单元与所述金属接地板连接；
所述上层介质基板位于所述金属接地板的上方，所述下层介质基板位于所述金属接地板的下方；
所述下层介质基板内设有多个金属柱，所述金属柱靠近所述L型探针馈电结构；
所述下层介质基板的底面设有金属馈电带，所述金属馈电带的一端与所述L型探针馈电结构相连接，另一端延伸至所述下层介质基板的边缘。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述L型探针馈电结构包括：高探针和低探针；
所述高探针包括：第一金属带和第一探针金属柱，所述第一探针金属柱垂直连接于第一金属带一端部下方；
所述低探针包括：第二金属带和第二探针金属柱，所述第二探针金属柱垂直连接于第二金属带一端部下方；
所述第一金属带与第二金属带垂直不接触，且所述第一金属带位于所述第二金属带上方；
所述金属馈电带为两条，分别与第一探针金属柱和第二探针金属柱接触。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一探针金属柱四周设有6个金属柱，每个金属柱距离第一探针金属柱的距离相等；所述第二探针金属柱四周设有6个金属柱，每个金属柱距离第二探针金属柱的距离相等。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述辐射单元包括：金属辐射片和金属支撑装置，所述上层介质基板的顶面具有矩阵排列的四个辐射片，所述金属支撑装置为四个，每个金属支撑装置的顶面与金属辐射片接触，其底面与所述金属接地板接触。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述金属支撑装置为金属柱支撑柱。
6.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述金属支撑装置为多条L型平面金属带和销钉组成的L型垂直金属结构，所述多条L型平面金属带由上至下平行排列，通过所述销钉固定连接。
7.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述金属支撑装置为L型金属板。
8.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述上层介质基板包括：第一介质基板、第二介质基板和第三介质基板，所述第一介质基板和第三介质基板分别位于所述第二介质基板上下表面；
所述第一金属带设于第一介质基板，所述第二金属带设于第二介质基板；
所述金属支撑柱为中空圆柱。
9.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述上层介质基板包括：依次叠放的第一介质基板、第二介质基板、第三介质基板和第四介质基板；
所述第一金属带设于第一介质基板，所述第二金属带设于第二介质基板；
所述金属支撑柱为中空圆柱，其底部套装有金属圆环，所述金属圆环位于第四介质基板内。
10.根据权利要求6或7所述的天线，其特征在于，所述上层介质基板和下层介质基板为陶瓷基板。
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