CN111244623A - 用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线阵 - Google Patents

用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线阵 Download PDF

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CN111244623A CN202010142886.9A CN202010142886A CN111244623A CN 111244623 A CN111244623 A CN 111244623A CN 202010142886 A CN202010142886 A CN 202010142886A CN 111244623 A CN111244623 A CN 111244623A
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蒋之浩
吴凡
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Abstract

本发明公开了一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片(11a)、第二层基片(11b)、第三层基片(11c)、第四层基片(11d)四层基片构成；在第一层基片(11a)与第二层基片(11b)之间设有第一粘接层(11e)，第二层基片(11b)与第三层基片(11c)之间设有第二粘接层(11f)，第三层基片(11c)与第四层基片(11d)之间设有第三粘接层(11g)，天线尺寸为0.4λ0×0.4λ0，总厚度为0.15λ0，λ0为27GHz时的自由空间波长。该天线可以在宽频带内实现高隔离度双极化边射。将天线组成1×4的线阵并用3bit移相器实现了天线阵列高增益多波束性能，扫描角度达到±45°。

Description

用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线阵
技术领域
本发明属于无线通信系统电子器件领域，具体涉及一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线及其组成的阵列。本发明所设计的天线具有两个端口，在每个端口分别被激励时，可以产生正交线极化的边射方向图，能够在一个宽频带内支持双线极化多输入多输出通信模式，适用于移动终端毫米波通信系统、宽带多输入多输出通信系统等领域。
背景技术
随着2019年第五代移动通信(5G)开始商用，移动通信技术自发明以来历经了五代的更新发展，现代化的生活对移动通信技术提出了更高的要求，高数据传输速率、高连接密度、低时延、以及6GHz以下有限的频谱状态使得毫米波移动通信应运而生。
毫米波技术是5G的核心技术之一，毫米波频段未被开发利用的丰富频谱资源可以满足宽带高速率无线通信。得益于毫米波通信低时延、高连接密度的优势，毫米波通信的开发利用，可以广泛应用于解决汽车雷达高精度探物、车联网实时通信、物联网中超量设备接入等问题。在移动通信领域，毫米波通信技术的应用可以实现终端高清直播、超密集人群场所稳定信号接入、室内高速率通信等。目前终端的毫米波通信方案是在手机、平板等内部装配若干毫米波模组，尽可能实现大范围的波束覆盖。为了应对毫米波在空间中传播时损耗较高的固有缺点，将天线组阵后通过移相器芯片获得多波束高增益是实现毫米波频段稳定通信性能的一种常用方案。但是在移动终端有限的体积、复杂的环境下实现小型化、低剖面宽带双极化毫米波天线阵列十分具有挑战性。目前已报道的终端手机天线研究主要还停留在宽带单极化、非小型化宽带双极化上，这些设计都难以在移动终端上应用。此外，也有针对双频双极化终端天线的研究，但是由于其带宽限制及加工难度大同样难以应用在移动终端上。
本发明提出了一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线及其组成的阵列。天线结构通过具有封闭特性的带状线作为馈线形式，通过缝隙耦合的方式向双层小型化开槽椭圆形贴片馈入电磁波信号，并利用在带状线层中加载短路针的方法降低了单元端口间以及阵列单元间的耦合，提升了波束扫描性能。本发明所设计的天线能够在21.4％的带宽内实现双极化边射功能，其端口耦合系数小于-48dB。将设计的天线按照1×4的形式组阵实现高增益阵列天线，利用3bit移相器可以实现阵列±45°的扫描。相比于现有的移动终端天线，本发明设计的天线具有小型化、低剖面、宽带、双极化、高端口隔离度、宽角度扫描等优势，在5G终端毫米波通信系统中具有重要的应用前景。
发明内容
技术问题：为了解决5G移动终端实现宽带毫米波通信的天线问题，本发明提供了一种适用于移动终端复杂环境下的小型化宽带双极化边射天线。该天线由四层基片、三层粘接层、正交带状线馈线、连接带状线上下层金属地板的短路针、正交工字形缝隙以及双层开槽椭圆形贴片组成，天线尺寸为4.5mm×4.5mm(0.4λ0×0.4λ0)，总厚度为1.621mm(0.15λ0)，λ0为27GHz时的自由空间波长。该天线可以在宽频带(23.99-29.77GHz，21.4％)内实现双极化边射，并且带宽内端口隔离度小于-48dB。将天线组成1×4的线阵并用3bit移相器实现了天线阵列高增益的波束扫描性能，扫描角度达到±45°。
技术方案：本发明是一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片、第二层基片、第三层基片、第四层基片四层基片构成；在第一层基片与第二层基片之间设有第一粘接层，第二层基片与第三层基片之间设有第二粘接层，第三层基片与第四层基片之间设有第三粘接层；
在第一层基片上表面设有正交带状线馈线，在第二层基片上表面设有带状线上层金属地板，在带状线上层金属地板上设有正交工字形缝隙，在第三层基片上表面设有第一层开槽椭圆形贴片，在第四层基片上表面设有第二层开槽椭圆形贴片，带状线下层金属地板位于第一层基片的底面。
其中，
所述正交带状线馈线包括竖向正交带状线和横向正交带状线构成，竖向正交带状线与横向正交带状线之间垂直设置。
所述竖向正交带状线的一端设有端口a，横向正交带状线的一端设有端口b。
所述连接带状线下层金属地板、带状线上层金属地板的短路针由围绕本贴片天线一圈的短路针以及正交带状线馈线间的N个短路针组成，其中N≥2。
所述正交工字形缝隙包括横向工字形缝隙和竖向工字形缝隙，横向工字形缝隙与竖向工字形缝隙之间垂直设置，位于带状线上层金属地板上，并且正交带状线馈线上方。
所述第二层开槽椭圆形贴片位于第一层开槽椭圆形贴片上方，第一层开槽椭圆形贴片位于带状线上层金属地板的上方，该两层开槽椭圆形贴片同心。
所述贴片天线，其带状线上下层金属地板的大小、基片的大小以及粘接层的大小都为lsub1×wsub1，取值都为4.5mm；所述正交带状线馈线的宽度为wf，其值为0.33mm，与端口a连接的带状线的长度为lf1，与端口b连接的带状线的长度为lf2，其值分别为1.75mm和2.6mm。
所述短路针，其直径为Dvia，两两之间相距为lvia；在正交带状线馈线之间有N个直径为Dvia的连接带状线上下金属地板的短路针，短路针之间相距分别为l1，l2和l3，其中Dvia的取值为0.2mm，lvia的取值为0.41mm，l1，l2和l3的取值分别为1.2mm，0.6mm和0.6mm，N的取值为6。
所述横向工字形缝隙和竖向工字形缝隙，横向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg1，宽度为wg1，其值分别为1.2mm和0.2mm，横向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg2，宽度为wg2，其值分别为1.45mm和0.25mm；竖向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg3，宽度为wg3，其值分别为1mm和0.15mm，竖向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg4，宽度为wg4，其值分别为1.3mm和0.25mm。
所述第一层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp1，第一层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp2，其值分别为1.236mm和1.2mm，第二层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp3，第二层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp4，其值分别为1.475mm和1.49mm；第一层开槽椭圆形贴片上有四个矩形槽，矩形槽长度为lp1，宽度为wp1，其值为0.62mm和0.16mm，每个槽间隔角度为αp1，其值为45°，第二层开槽椭圆形贴片上有四对八个矩形槽，矩形缝隙长度为lp2，宽度为wp2，其值为0.67mm和0.16mm，每对槽间隔角度为αp2，其值为40°，再由其旋转90°形成其余三对矩形槽。
有益效果：本发明提供了一种适用于移动终端的宽带双极化边射天线，与现有技术相比，其优势在于：
(1)带状线及叠层贴片直接采用多层板压技术，而不存在空气层/金属空气腔，加工上更易实现。天线采用带状线馈电，使得天线放置在不同的手机模型或同一手机模型的不同部位时都可以稳定工作而不受手机环境的影响；
(2)天线的小型化(0.4λ0)、低剖面(0.15λ0)特性，使得天线集成在手机内部时可以占用更小的空间。采用缝隙馈电和紧耦合叠层小型化开槽椭圆形贴片的方法拓宽了天线的带宽、缩减了天线尺寸、压低了天线剖面。天线的叠层贴片采用开槽椭圆形状，不仅减小了贴片尺寸，也可以自由调节两个线极化的谐振频率并展宽带宽。
(3)在天线单元中加载短路针，降低了端口之间的耦合；在天线单元周围加载短路针，降低了组阵时单元之间的耦合，大幅提升阵列波束扫描性能。加载短路针的方法使得天线可以自由组成1×4、2×2的阵列或者更大规模的阵列而不需要过多关注单元之间的耦合。
(4)天线的宽带特性覆盖了n257，n258，n260频段，并实现了双线极化性能。采用3bit移相器可以实现阵列±45°定向性多波束扫描，满足了毫米波通信对多波束、多输入多输出通信系统的需求。
附图说明
图1(a)给出了本发明天线的俯视图；图1(b)给出了本发明天线的关于yz面的侧视图；图1(c)给出了本发明天线正交带状线馈线结构的俯视图；图1(d)给出了本发明天线带状线上层金属地板的俯视图；图1(e)给出了本发明天线第一层开槽椭圆形贴片的俯视图；图1(f)给出了本发明天线第二层开槽椭圆形贴片的俯视图；
图2(a)给出了本发明天线端口a和端口b延伸结构的俯视图；图2(b)给出了本发明1×4天线阵列的俯视图；
图3(a)给出了本发明天线仿真的端口a和端口b的反射系数，以及两个端口之间的耦合系数；图3(b)和图3(c)给出了端口a激励时在24.5GHz、27GHz和29.5GHz的方向图，其中图3(b)时是E面方向图，图3(c)是H面方向图；图3(d)和图3(e)给出了端口b激励时在24.5GHz、27GHz和29.5GHz的方向图，其中图3(d)时是H面方向图，图3(e)是E面方向图；
图4(a)给出了本发明1×4天线阵列所有端口的反射系数，图4(b)给出了所有端口间的耦合系数；
图5给出了本发明1×4天线阵列在3bit移相器情况下，x极化被激励时，yz面的多波束方向图，其中(a)是24.5GHz时的多波束方向图，(b)是27GHz时的多波束方向图，(c)是29.5GHz时的多波束方向图；
图6给出了本发明1×4天线阵列在3bit移相器情况下，y极化被激励时，yz面的多波束方向图，其中(a)是24.5GHz时的多波束方向图，(b)是27GHz时的多波束方向图，(c)是29.5GHz时的多波束方向图；
图中有：
11–天线基片外框
11a–第一层基片 11b–第二层基片 11c–第三层基片 11d–第四层基片
11e–第一粘接层 11f–第二粘接层 11g–第三粘接层
12–连接带状线上下金属地板的短路针 13–连接带状线上下金属地板的短路针
14a–竖向正交带状线馈线 14b–横向正交带状线馈线
15a–端口a 15b–端口b
16a–横向工字形缝隙 16b–竖向工字形缝隙
17–第一层开槽椭圆形金属贴片 18–第二层开槽椭圆形金属贴片
19a–带状线下层金属地板 19b–带状线上层金属地板
21–端口延伸天线基片外框 22–端口延伸带天线短路针
23a–端口延伸天线端口a 23b–端口延伸天线端口b
31–端口延伸天线1×4阵列基片外框
32a–端口延伸天线1×4阵列端口1；32b–端口延伸天线1×4阵列端口2；
32c–端口延伸天线1×4阵列端口3；32d–端口延伸天线1×4阵列端口4；
33e–端口延伸天线1×4阵列端口5；33f–端口延伸天线1×4阵列端口6；
33g–端口延伸天线1×4阵列端口7；33h–端口延伸天线1×4阵列端口8；
h1–第一层基片厚度 h2–第二层基片厚度 h3–第三层基片厚度
h4–第四层基片厚度 hb–粘接层厚度
lsub1–天线长度 wsub1–天线宽度
wf–带状线宽度 lf1–竖向正交带状线馈线长度 lf2–横向正交带状线馈线长度
Dvia–短路针直径 lvia–短路针间距
l1–带状线间短路针第一间距 l2–带状线间短路针第二间距
l3–带状线间短路针第三间距
lg1–横向工字形缝隙的第一缝隙长度 wg1–横向工字形缝隙的第一缝隙宽度
lg2–横向工字形缝隙的第二缝隙长度 wg2–横向工字形缝隙的第二缝隙宽度
lg3–竖向工字形缝隙的第一缝隙长度 wg3–竖向工字形缝隙的第一缝隙宽度
lg4–竖向工字形缝隙的第二缝隙长度 wg4–竖向工字形缝隙的第二缝隙宽度
Rp1–第一层开槽椭圆形贴片长轴半径 Rp2–第一层开槽椭圆形贴片短轴半径
lp1–第一层开槽椭圆形贴片矩形槽长度 wp1–第一层开槽椭圆形贴片矩形槽宽度
αp1–第一层开槽椭圆形贴片矩形槽间隔角度
Rp3–第二层开槽椭圆形贴片长轴半径 Rp4–第二层开槽椭圆形贴片短轴半径
lp2–第二层开槽椭圆形贴片矩形槽长度 wp2–第二层开槽椭圆形贴片矩形槽宽度
αp2–第二层开槽椭圆形贴片矩形槽间隔角度
lsub2–端口延伸天线长度 wsub2–端口延伸天线宽度
lsub3–端口延伸天线1×4阵列长度 wsub3–端口延伸天线1×4阵列宽度
Darray–端口延伸天线1×4阵列单元间距
具体实施方式
本发明提出了一种应用于移动终端的小型化低剖面宽带双极化毫米波天线，包括四层基片、三层粘接层、正交带状线馈线、连接带状线上下层金属地板的短路针、正交工字形缝隙以及双层开槽椭圆形贴片；所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片、第二层基片、第三层基片、第四层基片四层基片构成；在第一层基片与第二层基片之间设有第一粘接层，第二层基片与第三层基片之间设有第二粘接层，第三层基片与第四层基片之间设有第三粘接层；
在第一层基片上表面设有正交带状线馈线，在第二层基片上表面设有带状线上层金属地板，在带状线上层金属地板上设有正交工字形缝隙，在第三层基片上表面设有第一层开槽椭圆形贴片，在第四层基片上表面设有第二层开槽椭圆形贴片，带状线下层金属地板位于第一层基片的底面。
带状线馈线由竖向正交带状线和横向正交带状线组成用于天线的馈电，实现正交的双线极化；带状线馈线可以通过同轴波导底馈便于与芯片模组互联或者通过向外延伸的方式与电路板互联，易于集成；在带状线上下层金属地板间有围绕本贴片天线一圈的短路针，在正交带状线馈线之间有N个连接带状线上下层金属地板的短路针；在两个正交带状线馈线的上方，有两个正交的工字行缝隙位于带状线上层地板上，带状线通过工字形的缝隙向上方的开槽椭圆形贴片馈入电磁波信号；双层开槽椭圆形贴片位于带状线上层金属地板的上方，第一层开槽椭圆形贴片在下，第二层开槽椭圆形贴片在上，且双层开槽椭圆形贴片同心，第一层开槽椭圆形贴片的尺寸小于第二层开槽椭圆形贴片的尺寸，进一步地，在第一层开槽椭圆形贴片上有四个矩形槽，第二层开槽椭圆形贴片上有八个矩形槽。
其中，所述天线的尺寸，包括带状线上下层金属地板的大小、基片的大小以及粘接层的大小都为lsub1×wsub1，取值都为4.5mm。
所述天线由四层基片以及三层粘接层组成，其中四层基片都为TLY-5(εr＝2.2，tanδ＝0.0009)，三层粘接层都为RO4450B(εr＝3.52，tanδ＝0.004)，四层基片的厚度分别为h1，h2，h3和h4，其值分别为0.25mm，0.13mm，0.13mm和0.76mm；三层粘接层的厚度都为hd，其值为0.1mm。
所述天线的带状线层有一圈连接带状线上下金属地板的短路针，其直径为Dvia，两两之间相距为lvia；进一步地，在正交带状线之间有N个直径为Dvia的连接带状线上下金属地板的短路针，短路针之间相距分别为l1，l2和l3，其中Dvia的取值为0.2mm，lvia的取值为0.41mm，l1，l2和l3的取值分别为1.2mm，0.6mm和0.6mm，N的取值为6。
所述天线带状线的宽度为wf，其值为0.33mm，与端口a连接的竖向带状线的长度为lf1，与端口b连接的横向带状线的长度为lf2，其值分别为1.75mm和2.6mm。
所述天线上层金属地板上有两个正交的工字形缝隙，横向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg1，宽度为wg1，其值分别为1.2mm和0.2mm，横向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg2，宽度为wg2，其值分别为1.45mm和0.25mm；竖向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg3，宽度为wg3，其值分别为1mm和0.15mm，竖向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg4，宽度为wg4，其值分别为1.3mm和0.25mm。
所述第一层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp1，第一层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp2，其值分别为1.236mm和1.2mm，第二层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp3，第二层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp4，其值分别为1.475mm和1.49mm。第一层开槽椭圆形贴片上有四个矩形槽，矩形槽长度为lp1，宽度为wp1，其值为0.62mm和0.16mm，每个槽间隔角度为αp1，其值为45°，第二层开槽椭圆形贴片上有四对八个矩形槽，矩形缝隙长度为lp2，宽度为wp2，其值为0.67mm和0.16mm，每对槽间隔角度为αp2，其值为40°，再由其旋转90°形成其余三对矩形槽。
将所述天线的端口a和端口b延伸，延伸后天线的尺寸为lsub2×wsub2，取值为10mm和11mm。
将所述天线组成1×4的直线阵列，其尺寸为lsub3×wsub3，取值为30mm和11mm，单元之间相距为Darray，其值为5.5mm。
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提出了一种应用于移动终端的宽带双极化边射天线，包括四层基片、三层粘接层、正交带状线馈线、连接带状线上下层金属地板的短路针、正交工字形缝隙以及双层开槽椭圆形贴片。天线结构的最下方是带状线的下层金属地板，下层金属地板的上方是第一层基片，第一层基片的上方是正交带状线馈线结构，正交带状线馈线结构的上方是第一粘接层，第一粘接层的上方是第二层基片，第二层基片的上方是蚀刻有正交工字形缝隙的带状线上层金属地板，上层金属地板的上方是第二粘接层，第二粘接层的上方是第三层基片，第三层基片的上方是第一层开槽椭圆形贴片，第一层开槽椭圆形贴片的上方是第三粘接层，第三粘接层的上方是第四层基片，第四层基片的上方是第二层开槽椭圆形贴片。
在该天线的设计过程中，为了应对移动终端内复杂的环境，尤其是各种金属器件，如电路板、摄像头、显示屏等器件，将天线的馈电形式设计成具有屏蔽特性的带状线结构，由于带状线结构引入了平行板波导模式影响了天线的性能，在带状线层间加载了连接带状线上下层金属地板的短路针，短路针的加载没有改变带状线的模式。为了实现天线的双极化特性，采用了正交的带状线结构，正交带状线的优势在于提升了端口之间的隔离度。为了实现端口间更高的隔离度，在带状线层间引入了起到提升隔离度作用的N个短路针，在N等于2时，天线的耦合系数小于-40dB，在N等于6时，天线的耦合系数小于-48dB，当然，N的值继续增加时对隔离度还会有进一步地提升。
宽带特性是毫米波通信的一个优势，为了实现小型化、低剖面的宽带双极化天线，利用双层开槽椭圆形贴片实现两个谐振拓展了天线的带宽，采用开槽椭圆形贴片不仅保证了天线仍然工作于TM11模，而且通过调节开槽椭圆形贴片的长轴半径和短轴半径可以分别调节x极化和y极化的谐振频率，提升了天线设计的自由度。进一步地，为了实现天线的小型化，在第一层开槽椭圆形贴片上蚀刻有四个矩形槽，在第二层开槽椭圆形贴片上蚀刻有八个矩形槽，矩形槽的引入延伸了开槽椭圆形贴片上的电流路径，小型化的目的得以实现。带状线的电磁波信号通过缝隙耦合的方式向上馈入双层开槽椭圆形贴片，缝隙耦合的方式相比于探针馈电技术可以实现更低的交叉极化。
将所述天线按照1×4的方式组成线阵并通过3bit移相器实现阵列的多波束性能，阵列单元间的间距为5.5mm(0.5λ0)，当然，阵列单元间距可以进一步地缩小，此时阵列单元端口间的隔离度会有所增加。
图1(a)、图1(b)、图1(c)、图1(d)、图1(e)、图1(f)给出了所述应用于移动终端的宽带双极化边射天线的俯视图和侧视图以及带状线馈线、带状线上层金属地板、第一层开槽椭圆形贴片和第二层开槽椭圆形贴片的俯视图，天线的尺寸为4.5mm×4.5mm(0.4λ0×0.4λ0)，总厚度为1.621mm(0.15λ0)，λ0为27GHz时的自由空间波长。
图2(a)给出了所述应用于移动终端的宽带双极化边射端口延伸天线的俯视图，图2(b)给出了所述应用于移动终端的宽带双极化边射端口延伸天线所组成的1×4天线阵列的俯视图。
图3(a)给出了所述应用于移动终端的宽带双极化边射天线端口a、端口b的反射系数以及两个端口间的耦合系数，从结果可以看出，该天线在23.99-29.77GHz(21.4％)的带宽内反射系数小于-10dB，且在此带宽内端口间的耦合系数小于-48dB；图3(b)和(c)给出了天线端口a被激励时，天线在24.5GHz、27GHz和29.5GHz的方向图，其中图3(b)是E面(xz面)的方向图，图3(c)是H面(yz面)的方向图，从图中可以看出天线的增益在6.6-7.1dBi之间；图3(d)和(e)给出了天线端口b被激励时，天线在24.5GHz、27GHz和29.5GHz的方向图，其中图3(d)是H面(xz面)的方向图，图3(e)是E面(yz面)的方向图，从图中可以看出天线的增益在6.6-7.4dBi之间。
图4(a)和(b)给出了所述应用于移动终端的宽带双极化边射端口延伸天线所组成的1×4天线阵列所有端口的反射系数和耦合系数，从结果可以看出，该天线阵列在24.21-29.89GHz(21％)的带宽内反射系数小于-10dB，带宽内端口间的耦合系数小于-16dB。
图5给出了所述应用于移动终端的宽带双极化边射端口延伸天线所组成的1×4天线阵列在3bit移相器情况下形成的多波束方向图，图5给出的是x极化被激励时yz面的多波束方向图，其中图5(a)、(b)和(c)分别对应24.5GHz、27GHz和29.5GHz的多波束方向图，从图中可以看出多波束方向图的增益在10-12.5dBi之间，除了在29.5GHz时大角度扫描情况下的旁瓣电平稍高，其余情况下的旁瓣电平都低于2dB。
图6给出了所述应用于移动终端的宽带双极化边射端口延伸天线所组成的1×4天线阵列在3bit移相器情况下形成的多波束方向图，图6给出的是y极化被激励时yz面的多波束方向图，其中图6(a)、(b)和(c)分别对应24.5GHz、27GHz和29.5GHz的多波束方向图，从图中可以看出多波束方向图的增益在10-12.5dBi之间，除了在29.5GHz时大角度扫描情况下的增益偏低以及旁瓣电平稍高之外，其余情况下的旁瓣电平都低于2dB。
综上所述，本发明提供了一种应用于移动终端复杂环境下的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线及其组成的阵列，该天线通过多层PCB板实现，易于加工。所述天线具有小型化、低剖面、宽带、双极化、高隔离度、低交叉极化、宽角度扫描等优点，该天线尺寸为0.4λ0×0.4λ0，总厚度为0.15λ0，为27GHz时的自由空间波长。该天线可以在宽频带内实现高隔离度双极化边射，将天线组成1×4的线阵并用3bit移相器实现了天线阵列高增益多波束性能，扫描角度达到±45°。在5G通信系统、移动终端毫米波通信系统、多输入多输出通信系统中都有着重要的应用前景。以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片(11a)、第二层基片(11b)、第三层基片(11c)、第四层基片(11d)四层基片构成；在第一层基片(11a)与第二层基片(11b)之间设有第一粘接层(11e)，第二层基片(11b)与第三层基片(11c)之间设有第二粘接层(11f)，第三层基片(11c)与第四层基片(11d)之间设有第三粘接层(11g)；
在第一层基片(11a)上表面设有正交带状线馈线(14)，在第二层基片(11b)上表面设有带状线上层金属地板(19b)，在带状线上层金属地板(19b)上设有正交工字形缝隙(16)，在第三层基片(11c)上表面设有第一层开槽椭圆形贴片(17)，在第四层基片(11d)上表面设有第二层开槽椭圆形贴片(18)，带状线下层金属地板(19a)位于第一层基片(11a)的底面。
2.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述正交带状线馈线(14)包括竖向正交带状线(14a)和横向正交带状线(14b)构成，竖向正交带状线(14a)与横向正交带状线(14b)之间垂直设置。
3.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述竖向正交带状线(14a)的一端设有端口a(15a)，横向正交带状线(14b)的一端设有端口b(15b)。
4.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述连接带状线下层金属地板(19a)、带状线上层金属地板(19b)的短路针由围绕本贴片天线一圈的短路针(12)以及正交带状线馈线间的N个短路针(13)组成，其中N≥2。
5.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述正交工字形缝隙(16)包括横向工字形缝隙(16a)和竖向工字形缝隙(16b)，横向工字形缝隙(16a)与竖向工字形缝隙(16b)之间垂直设置，位于带状线上层金属地板(19b)上，并且位于正交带状线馈线(14)上方。
6.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述第二层开槽椭圆形贴片(18)位于第一层开槽椭圆形贴片(17)上方，第一层开槽椭圆形贴片(17)位于带状线上层金属地板(19b)的上方，该两层开槽椭圆形贴片同心。
7.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于所述贴片天线，其带状线上下层金属地板的大小、基片的大小以及粘接层的大小都为lsub1×wsub1，取值都为4.5mm；所述正交带状线馈线的宽度为wf，其值为0.33mm，与端口a连接的带状线的长度为lf1，与端口b连接的带状线的长度为lf2，其值分别为1.75mm和2.6mm。
8.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于所述短路针(12)，其直径为Dvia，两两之间相距为lvia；在正交带状线馈线之间有N个直径为Dvia的连接带状线上下金属地板的短路针，短路针之间相距分别为l1，l2和l3，其中Dvia的取值为0.2mm，lvia的取值为0.41mm，l1，l2和l3的取值分别为1.2mm，0.6mm和0.6mm，N的取值为6。
9.根据权利要求5所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述横向工字形缝隙(16a)和竖向工字形缝隙(16b)，横向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg1，宽度为wg1，其值分别为1.2mm和0.2mm，横向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg2，宽度为wg2，其值分别为1.45mm和0.25mm；竖向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg3，宽度为wg3，其值分别为1mm和0.15mm，竖向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg4，宽度为wg4，其值分别为1.3mm和0.25mm。
10.根据权利要求6所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述第一层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp1，第一层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp2，其值分别为1.236mm和1.2mm，第二层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp3，第二层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp4，其值分别为1.475mm和1.49mm；第一层开槽椭圆形贴片上有四个矩形槽，矩形槽长度为lp1，宽度为wp1，其值为0.62mm和0.16mm，每个槽间隔角度为αp1，其值为45°，第二层开槽椭圆形贴片上有四对八个矩形槽，矩形缝隙长度为lp2，宽度为wp2，其值为0.67mm和0.16mm，每对槽间隔角度为αp2，其值为40°，再由其旋转90°形成其余三对矩形槽。
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