CN112768889A - 滤波天线、天线阵列以及无线设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滤波天线，其特征在于，包括：第一层，设有辐射电偶极子单元，该辐射电偶极子单元具有多个电偶极子贴片，所述电偶极子贴片设有弧形缺口和槽；第二层，设有第一馈电单元，所述第一馈电单元设有第一滤波腔；第三层，设有第二馈电单元，所述第二馈电单元设有第二滤波腔。

Description

滤波天线、天线阵列以及无线设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及天线领域。

背景技术

在无线设备的射频系统的前端，滤波器和天线是两种很重要的无源器件。滤波器的功能是只允许一部分频段的信号通过，抑制其他频段的信号，随着无线通信的发展，有许多天线的频段，为了对这些不同频段的信号进行滤波，使用低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等，其中应用的最为广泛的是带通滤波器。另外，天线本身不具备滤波功能，这会导致一些不需要的频段的信号发射出去或者接收到，而且在射频系统的最前端同时放置两个无源器件浪费空间，所以，期待一种兼具滤波器和天线的功能的滤波天线。

随着移动通信的不断发展，近年来中国已经发布未来5G毫米波的频段(24.75-27.5GHz)，虽然对于用于毫米波频段的天线的研究不断增多和不断深入，但是对于用于毫米频段的滤波天线的研究仍较少，社会亟需用于毫米频段的滤波天线。

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的发明人发现：

虽然在相关技术中已开发出一些用于毫米波频段的滤波天线，但是这些滤波天线要么只使用馈电网络滤波，要么只使用天线本身滤波，所实现的带外抑制都处于比较低的水平。

而且，在相关技术中，多采用的是单极化的滤波天线，而且即便是双极化的，其端口隔离度也低。因此也亟需端口隔离度高的双极化的滤波天线。

另外，在相关技术中，滤波天线在组成天线阵列时，通常使用高阶模谐振腔来进行功分，但是使用高阶模谐振腔进行功分会增加天线的剖面。

为此，本发明的一些实施方式的目的在于，提供一种能够实现高的带外抑制水平的用于毫米波的滤波天线、天线阵列和无线设备。

本发明的另一些实施方式的目的还在于，提供一种能够实现双极化并且具有高的端口隔离度的用于毫米波的滤波天线、天线阵列和无线设备。

本发明的另一些实施方式的目的还在于，提供一种带有简易且不增加剖面的功分器的天线阵列和无线设备。

用于解决技术问题的方案

根据本发明的一些实施方式，提供一种滤波天线，其特征在于，包括：

第一层，设有辐射电偶极子单元，该辐射电偶极子单元具有多个电偶极子贴片，所述电偶极子贴片设有弧形缺口和槽；

第二层，设有用于实现第一极化的第一馈电单元，所述第一馈电单元设有第一滤波腔；

第三层，设有用于实现第二极化的第二馈电单元，所述第二馈电单元设有第二滤波腔。

根据该实施方式，通过在电偶极子贴现上设置弧形缺口和槽，并且在第一馈电单元和第二馈电单元中设置滤波腔，实现了对天线的反射系数和增益的带通滤波的特性以及优异的带外的抑制水平。并且，通过第二层和第三层馈电实现了双极化的天线，例如在一个实施方式中，第一馈电单元和第二馈电单元垂直放置，一个实现水平极化，另一个实现垂直极化。另外，通过第一馈电单元和第二馈电单元的端口远离，例如，在一个实施方式中，其端口垂直放置，实现了高的端口隔离度。

在一些实施方式中，所述弧形缺口设置于各所述电偶极子贴片的彼此相邻的角部，所述槽可以开设于各所述电偶极子贴片的彼此相邻的边上。

在一些实施方式中，各所述电偶极子贴片旋转对称地布置，各所述电偶极子贴片的对称中心侧的角部相连。

在一些实施方式中，彼此相邻的所述电偶极子贴片之间设有缝隙，所述弧形缺口与所述缝隙的一端相连，所述槽的槽口在所述缝隙的长度方向的中途位置与所述缝隙相连，彼此相邻的所述电偶极子贴片的槽口隔着所述缝隙彼此相对。

在一些实施方式中，所述第一馈电单元还设有用于馈电的第一端口、用于波导传输的第一基片集成波导腔、以及用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的第一耦合缝隙所述第一滤波腔设置在所述第一基片集成波导腔内靠近所述第一端口侧，所述第一耦合缝隙设置在所述第一基片集成波导腔内远离所述第一端口侧。

在一些实施方式中，所述第二馈电单元还设有用于馈电的第二端口、用于波导传输的第二基片集成波导腔、以及用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的第二耦合缝隙，所述第二滤波腔设置在所述第二集成波导腔内靠近所述第二端口侧，所述第二耦合缝隙设置在所述第二集成波导腔内远离所述第二端口侧。

根据本发明的一些实施方式，提供一种天线阵列，其特征在于，包括：第一层，设有多个辐射电偶极子单元，每个辐射电偶极子单元具有多个电偶极子贴片，所述电偶极子贴片设有弧形缺口和槽；第二层，设有第一馈电单元，所述第一馈电单元设有用于波导传输的多个第一基片集成波导腔、用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的多个第一耦合缝隙、以及多个第一滤波腔，每个第一基片集成波导腔内各设有两个第一耦合缝隙和一个第一滤波腔；以及第三层，设有第二馈电单元，所述第二馈电单元设有用于波导传输的多个第二基片集成波导腔、用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的多个第二耦合缝隙、以及多个第二滤波腔，每个第二基片集成波导腔内各设有两个第二耦合缝隙和一个第二滤波腔。

根据该实施方式，通过在电偶极子贴片上设置弧形缺口和槽，并且在第一馈电单元和第二馈电单元中设置滤波腔，实现了对天线的反射系数和增益的带通滤波的特性以及优异的带外的抑制水平。并且，使用一个基片集成波导腔内设置两个耦合缝隙的结构实现了天线阵列的组合，相较于通常的结构减少了天线阵列的物理尺寸。另外，通过第二层和第三层的不同馈电方式实现了双极化的天线阵列，并且第一馈电单元和第二馈电单元设置在不同的层，其端口远离，因此实现了高的端口隔离度。根据本实施方式，在保持天线阵列滤波性能的基础上且实现了高的增益，同时相较于通常的结构减少了天线阵列的物理尺寸。

在一些实施方式中，所述第二层设有用于馈电的第一端口，所述第三层设有用于馈电的第二端口，所述第二层和所述第三层还设有第一基片集成波导功分网络和第二基片集成波导功分网络，所述第一端口经第一基片集成波导功分网络与所述第一基片集成波导腔耦合，所述第二端口经第二基片集成波导功分网络与所述第二基片集成波导腔耦合，所述第一滤波腔靠近所述第一基片集成波导功分网络侧设置，所述第一耦合缝隙远离所述第一基片集成波导功分网络侧设置，所述第二滤波腔靠近所述第二基片集成波导功分网络侧设置，所述第二耦合缝隙远离所述第二基片集成波导功分网络侧设置，所述多个第一耦合缝隙的至少一部分的缝长不同或所述多个第二耦合缝隙中的至少一部分的缝长不同(例如，如后所述，在一个实施方式中，Lslot1＝3.1mm和Lslot11＝5.18mm、Lslot2＝4.85mm和Lslot22＝4.68mm、slot3＝2.94mm和lslot33＝3.52mm)。

由此，能够提供一种带有简易且不增加剖面的功分器的天线阵列。另外，使用不等缝长的耦合缝隙馈电，使得天线阵列中的每个天线获得基本相等的能量，同时实现了天线的阻抗匹配。根据本实施方式，在保持天线阵列滤波性能的基础上实现了进一步高的增益，同时相较于通常的结构减少了天线阵列的物理尺寸。

在一些实施方式中，所述第一层设有用于馈电的第一端口和第一L型基片集成波导馈电网络，所述第二层设有第一U型基片集成波导功分网络，所述第三层设有第二U型基片集成波导功分网络，所述天线阵列还包括第四层，所述第四层设有用于馈电的第二端口和第二L型基片集成波导馈电网络，所述第一端口经第一L型基片集成波导馈电网络、第一U型基片集成波导功分网络与所述第一基片集成波导腔耦合，所述第二端口经第二L型基片集成波导馈电网络、第二U型基片集成波导功分网络与所述第二基片集成波导腔耦合，所述第一滤波腔靠近所述第一U型基片集成波导功分网络侧设置，所述第一耦合缝隙远离所述第一U型基片集成波导功分网络侧设置，所述第二滤波腔靠近所述第二U型基片集成波导功分网络侧设置，所述第二耦合缝隙远离所述第二U型基片集成波导功分网络侧设置。

由此，能够提供一种带有简易且不增加剖面的功分器的天线阵列。另外，当天线对立放置在外加馈电网络时，通过设置在第一层和第四层的基片集成波导馈电网络分别给第二层和第三层的U型基片集成波导功分网络馈电，补偿了180°相位差，使每个电偶极子得到同等的激励，实现了相位差较小(例如，相位波动差小于5°)的馈电网络，同时在加入馈电网络后天线仍保持天线原本的滤波的性能。

在一些实施方式中，还提供一种包括上述滤波天线或天线阵列的无线设备。

发明效果

(1)根据一些实施方式的滤波天线、天线阵列或无线设备，通过在辐射电偶极子贴片上设置弧形缺口和槽，并且在第一馈电单元和第二馈电单元中设置滤波腔，实现了对天线的反射系数和增益的带通滤波的特性以及优异的带外的抑制水平。

(2)根据一些实施方式的天线、天线阵列或无线设备，能够实现双极化并且具有高的端口隔离度。

(3)根据一些实施方式的天线阵列，使用一个基片集成波导腔内设置两个耦合缝隙的结构实现了天线阵列的组合，并且能够提供一种带有简易且不增加剖面的功分器的天线阵列。另外，使用不等缝长的耦合缝隙馈电，使得天线阵列中的每个天线获得基本相等的能量，同时实现了较好的天线的阻抗匹配。因此，在保持天线阵列滤波性能的基础上且实现了高的增益，同时相较于别的结构减少了天线阵列的物理尺寸。

(4)根据一些实施方式，当天线对立放置在外加馈电网络时，通过设置在第一层和第四层的基片集成波导馈电网络分别给第二层和第三层的U型基片集成波导功分网络馈电，补偿了180°相位差，使每个电偶极子得到同等的激励，实现了相位差较小(例如，相位波动差小于5°)的馈电网络，同时在加入馈电网络后天线仍保持天线原本的滤波的性能。

附图说明

图1a是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的结构的立体分解图。

图1b是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的形成在第一层的辐射电偶极子单元的结构的俯视图。

图1c是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的形成在第二层的第一馈电单元的结构的俯视图。

图1d是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的形成在第三层的第二馈电单元的结构的俯视图。

图2是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的S参数和增益的曲线图。

图3a是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的第一端口激励时的方向图。

图3b是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的第二端口激励时的方向图。

图4a是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的结构的形成在第一层的辐射电偶极子单元的俯视图。

图4b是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的结构的形成在第二层的第一馈电单元的俯视图。

图4c是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的结构的形成在第三层的第二馈电单元的俯视图。

图5是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的S参数和增益的曲线图。

图6a是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的第一端口激励时的方向图。

图6b是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的第二端口激励时的方向图。

图7a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第一层的辐射电偶极子单元和第一L型SIW馈电网络的俯视图。

图7b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第二层的第一馈电单元的俯视图。

图7c是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第三层的第二馈电单元的俯视图。

图7d是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第四层的第二L型SIW馈电网络的俯视图。

图8a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的馈电网络的S参数的曲线图。

图8b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的馈电网络的相位差的曲线图。

图9a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的S参数和增益的曲线图。

图9b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的第一端口和第二端口的端口隔离度的曲线图。

图10a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在24.9GHz下第一端口激励时的方向图。

图10b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在24.9GHz下第二端口激励时的方向图。

图10c是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在27.5GHz下第一端口激励时的方向图。

图10d是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在27.5GHz下第二端口激励时的方向图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的一些具体实施方式。不同附图中可以使用的相同附图标记来标识相同或相似的元件。在以下说明中，出于解释而非限制的目的，阐述了诸如特定结构、技术等的具体细节，以便提供对所要求保护的发明的各个方面的透彻理解。然而，对于受益于本发明的本领域技术人员显而易见的是，所要求保护的发明的各个方面可以以脱离这些具体细节的其他示例实施。在一些情况下，省略对公知的设备、装置、结构、方法的描述，以免对本公开的实施方式的说明被不必要的细节所掩盖。

在以下说明中，将使用本领域技术人员通常采用的术语来说明示例性实施方式的各个方面，以将本发明的实质传达给本领域技术人员。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以仅利用所说明的各个方面中的一部分来实现替代性实施方式。

另外，出于解释的目的，还公开了具体的数字、材料和/或配置，以便提供对示例性实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施替代性实施方式。在其它情况下，省略或简化了对公知特征的说明，以免掩盖示例性实施方式。

在本文中，“一些实施方式”、“一个实施方式”等术语将被重复使用。该术语可以指代同一实施方式，也可以指代不同实施方式。除非上下文另有指明，否则术语“包括”、“具有”和“包含”是同义词，其表示其中包含某一或某些元素，但不排斥添加另一些元素。短语“A或B”表示(A)、(B)或(A和B)。“要么A要么B”表示仅选择A和B中的一者。

在本文中，“毫米波频段”包括波长在1～10毫米的电磁波频段的毫米波频段以及频段接近毫米波的亚毫米波频段。例如，针对第五代通信(5G)而言，根据不同国家或地区，毫米波频段可能存在不同，其大致在25–39GHz的范围。例如，中国政府公布的5G毫米波频段可以是24.75-27.5GHz的频段。但是，本发明的滤波天线不仅限于上述毫米波频段的通信，而可以应用于利用毫米波频段的各类通信。

在一些实施方式中，搭载本发明的滤波天线或天线阵列的无线设备可以是智能电话、平板计算设备、膝上型计算机、物联网(IoT)设备、车载通信设备、基站设备和/或其他类型的配置为提供无线通信的计算设备中的一个或多个。另外，基站设备可以拥有其他名称，例如针对第五代通信的基站设备，还可以称作gNB设备等。

在下面实施方式中，为了便于描述，定义了以O为原点的正交坐标系O-XYZ，并定义了彼此正交的三个方向，即X方向、Y方向以及Z方向，X方向和Y方向是沿第一层、第二层、第三层的面内方向，Z方向垂直于第一层、第二层、第三层。当表述为X方向时，表示的是沿着X轴的正反两个方向。另外，当表述为OX方向时，表示的是沿OX矢量延伸的X轴的正方向，而表述为XO方向时，表示沿XO矢量延伸的X轴的负方向。对于Y方向、Z方向、OY方向、YO方向、OZ方向、ZO方向也是如此。

在一个实施方式中，滤波天线可以是用于第五代移动通信(简称5G)的毫米波频段的天线。下面以这种滤波天线为例进行说明，但本发明不限于此。

图1a是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的结构的立体分解图。图1b是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的形成在第一层的电偶极子单元的结构的俯视图。图1c是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的形成在第二层的第一馈电单元的结构的俯视图。图1d是表示本发明的一个实施方式的滤波天线的形成在第三层的第二馈电单元的结构的俯视图。图1c和图1d中坐标系O-XY的坐标轴方向与图1b相同。

在一个实施方式中，如图1所示，滤波天线100包括第一层101、第二层102以及第三层103。在一个实施方式中，第三层103、第二层102、第一层101沿着OZ方向依次层叠设置。第一层101、第二层102、第三层103是设置天线的振子图案或馈电电路图案等各种图案的介质材料(基片)，其可以由各种材质的介质板形成，在一个实施方式中，例如由FR-4材料的介质板，例如Rogers 5880介质板形成。另外，第一层101、第二层102、第三层103的厚度彼此可以相同，也可以不同，但优选采用相同的厚度。在一个实施方式中，第一层101、第二层102、第三层103的厚度例如采用0.787mm的厚度，但不限于此。

在一个实施方式中，如图1a和图1b所示，在第一层101设有辐射电偶极子单元1010，辐射电偶极子单元1010用于发射和/或接收无线电波。该辐射电偶极子单元1010例如设置于第一层101的上表面。辐射电偶极子单元1010具有多个电偶极子贴片1011，在一个实施方式中，该电偶极子贴片1011为四个，但不限于此，其也可以是五个以上，或三个以下。各电偶极子贴片1011例如可以通过刻蚀形成，材料例如可以选用铜，但不限于此。各电偶极子贴片的形状和尺寸是可以根据所发射和接收的无线电波的性质适当选择的，例如其形状选用大致正方形，边长LA1例如为2.95mm。

在一个实施方式中，各电偶极子贴片1011旋转对称地布置，并且各电偶极子贴片1011的对称中心侧的角部1014相连。这种布置有利于全向辐射。在一个实施方式中，当电偶极子贴片1011为四个时，各电偶极子贴片1011设置成正方形，在正方形的中心点1014的位置，各电偶极子贴片1011的角部相连。

在一个实施方式中，彼此相邻的电偶极子贴片1011之间设有缝隙1015，与后述的第二层和/或第三层的第一耦合缝隙1024和/或第二耦合缝隙1034耦合。这些缝隙1015的形状与后述的第二层102的第一耦合缝隙1024和第三层103的第二耦合缝隙1034的形状至少部分对应。该缝隙的位置与后述的第二层102的第一耦合缝隙1024和第三层103的第二耦合缝隙1034的位置至少部分对应。各缝隙1015例如配置成放射状。在一个实施方式中，四个缝隙1015配置成十字状。每个缝隙1015的长度例如为2.3mm。

在各电偶极子贴片1011设有弧形缺口1012和槽1013，从而实现了天线辐射部本身的带通滤波特性。弧形缺口1012的形状例如为四分之一圆弧形，槽1013的形状例如为细长的长方形，但不限于此。弧形缺口1012的半径R2和槽1013的深度Ls1、Ls2以及宽度Ws1、Ws2根据辐射的无线电波特性适当选择，在一个实施方式中，例如为：R2＝0.8mm、Ls1＝1.5mm、Ls2＝1.5mm、Ws1＝0.24mm、Ws2＝0.19mm。

在一个实施方式中，弧形缺口1012设置于各电偶极子贴片1011的彼此相邻的角部，槽1013开设于各电偶极子贴片1011的彼此相邻的边上。在一个实施方式中，弧形缺口1012与缝隙1015的一端相连，槽1013的槽口在缝隙1015的长度方向的中途位置(例如在中途位置的靠弧形缺口1012侧)与缝隙1015相连。在一个实施方式中，彼此相邻的电偶极子贴片1011的槽1013的槽口隔着缝隙1015彼此相对。

另外，在一个实施方式中，在每个电偶极子贴片1011内，可以设有贯穿第一层101通到其下表面的金属化过孔(图1中各电偶极子贴片1011内的圆形阴影部分)。在一个实施方式中，第一层101的下表面涂覆有铜等导电材料。

在一个实施方式中，在第一层101的下表面与后述的第二层102的第一耦合缝隙1024对应的位置刻蚀有缝隙(未图示)。在一个实施方式中，该缝隙例如形成为十字状。该缝隙的形状与后述的第二层102的第一耦合缝隙1024的形状一致。该缝隙的位置与后述的第二层102的第一耦合缝隙1024的位置对应(即上下正对)。

在一个实施方式中，第二层102的上下表面均涂覆有铜等导电材料。

如图1c所示，在第二层102设有第一馈电单元1020。第一馈电单元1020包括第一滤波腔1023，用于实现在天线馈电网络中的滤波。通过该第一滤波腔1023与前述的弧形缺口1012和槽1013的结合，能够实现对天线的反射系数和增益的带通滤波的特性并且能够实现优异的带外的抑制水平。第一滤波腔1023例如通过设置贯穿第二层102的四个金属化过孔而实现。该金属化过孔例如呈2*2的矩阵状配置。

在一个实施方式中，第一馈电单元1020还包括用于馈电的端口1(第一端口的示例)1022、用于波导传输的第一基片集成波导腔1021、以及用于对辐射电偶极子单元1010耦合馈电的第一耦合缝隙1024。

端口1 1022是第二层102的馈电激励端口，用于实现第一极化。第一基片集成波导腔1021用于传输电磁波，经第一耦合缝隙1024对第一层101的辐射电偶极子单元1010进行馈电。第一基片集成波导腔1021通过与端口1 1022耦合地设置贯穿第二层102的金属化过孔而实现。第一基片集成波导腔1021和后述的第二基片集成波导腔1022可以简称为第一SIW腔1021和第二SIW腔1022。

第一耦合缝隙1024与形成在第一层101的辐射电偶极子单元1010耦合进行馈电，第一耦合缝隙1024在与前述形成在第一层101的下表面的缝隙对应的形状和位置形成。例如，在一个实施方式中，第一耦合缝隙1024形成为十字状。

在一个实施方式中，第一滤波腔1023设置在第一基片集成波导腔1021内靠近端口1 1022侧，第一耦合缝隙1024设置在第一基片集成波导腔1021内远离端口1 1022侧。在一个实施方式中，端口1 1022、第一滤波腔1023、第一耦合缝隙1024沿着X方向依次排列布置，第一基片集成波导腔1021的各金属化过孔在端口1 1022的靠第一滤波腔1023侧，与端口11022一起包围上述排列布置结构的外围，即整体上包围第一耦合缝隙1024和第一滤波腔1023。在一个实施方式中，第一基片集成波导腔1021的金属化过孔包括在第一滤波腔1023和第一耦合缝隙1024的Y方向的两侧沿X方向布置的金属化过孔、在第一耦合缝隙1024的XO方向侧沿Y方向延伸的金属化过孔以及在端口1 1022附近向端口1的两端收紧的金属化过孔。

在一个实施方式中，第一滤波腔1023的金属化过孔在Y方向的距离C1以及在X方向上的距离C2是根据所滤波的通带特性而确定的。例如，C1可以为3.9mm，C2可以为3.65mm。

在一个实施方式中，第一基片集成波导腔1021的各金属化过孔的大小以及第一基片集成波导腔在Y方向上的宽度W1是根据所传输的波的性质等确定的。例如，金属化过孔的直径Dv可以为0.4mm，W1可以为7.9mm。

在一个实施方式中，第一耦合缝隙1024在第一基片集成波导腔1021中的位置(例如，第一耦合缝隙1024的中心离第一基片集成波导腔1021的在第一耦合缝隙1024的XO方向侧沿Y方向延伸的金属化过孔的中心连接线的距离Lend1)、第一耦合缝隙1024的形状(例如，十字状缝隙的Y方向长度Lslot1、X方向长度Lslot2、宽度Wslot)是根据天线性能要求设定的。例如，Lend1可以为3.08mm，Lslot1可以为5.02mm，Lslot2可以为4.85mm，宽度Wslot可以为0.37mm。

在第二层102的下表面还刻蚀有缝隙，该缝隙的位置和形状与后述的第二耦合缝隙的形状和位置对应(即形状相同，位置上下正对)。在一个实施方式中，该缝隙例如形成为一字状，该缝隙的形状与第一耦合缝隙不同。

在一个实施方式中，第三层103的上下表面均涂覆有铜等导电材料。

如图1d所示，在第三层103设有第二馈电单元1030。第二馈电单元1030包括第二滤波腔1033，用于实现在天线馈电网络中的滤波。通过该第二滤波腔1033与前述的弧形缺口1012和槽1013的结合，能够实现对天线的反射系数和增益的带通滤波的特性并且能够实现优异的带外的抑制水平。第二滤波腔1033例如通过设置贯穿第三层103的四个金属化过孔而实现。该金属化过孔例如呈2*2的矩阵状配置。

在一个实施方式中，第二馈电单元1030还包括用于馈电的端口2(第二端口的示例)1032、用于波导传输的第二基片集成波导腔1031、以及用于对辐射电偶极子单元1010耦合馈电的第二耦合缝隙1034。

端口2 1032是第三层103上的馈电激励端口，用于实现第二极化。端口2 1032远离第二层的端口1 1022布置，以提高端口隔离度。这是因为馈电网络是有损耗的，在端口11022和端口2 1032远离的过程中，从端口1 1022到端口2 1032能量的损耗越大，从端口1到端口2的能量更少。在一个实施方式中，端口2 1032与端口1 1022彼此远离地垂直放置。此时，例如当端口1 1022激励时，能量只通过与其平行的缝隙耦合到天线上，通过与其垂直的端口耦合到端口2 1032的能量很少，故端口隔离度较高，例如大于35dB。

第二基片集成波导腔1031用于传输电磁波，经第二耦合缝隙1034对第一层101的辐射电偶极子单元1010进行馈电。第二基片集成波导腔1031通过与端口2 1032耦合地设置贯穿第三层103的金属化过孔而实现。

第二耦合缝隙1034与形成在第一层的辐射电偶极子单元1010耦合进行馈电，第二耦合缝隙1034在与前述形成在第二层102的下表面的缝隙对应的形状和位置形成。例如，在一个实施方式中，第二耦合缝隙1034形成为一字状。第一耦合缝隙1024的形状与第二耦合缝隙1034的形状不同。由此，第一馈电单元1020和第二馈电单元1030的馈电方式不同，从而实现了双极化。在一个实施方式中，端口1 1022与端口2 1032垂直放置，其中一个实现水平极化，另一个实现垂直极化。

在一个实施方式中，第二滤波腔1033设置在第二基片集成波导腔1031内靠近端口2 1032侧，第二耦合缝隙1034设置在第二基片集成波导腔1031内远离端口2 1032侧。在一个实施方式中，端口2 1032、第二滤波腔1033、第二耦合缝隙1034沿着Y方向依次排列布置，第二基片集成波导腔1031的各金属化过孔在端口2 1032的靠第二滤波腔1033侧，与端口21032一起包围上述排列布置结构的外围，即整体上包围第二耦合缝隙1034和第二滤波腔1033。在一个实施方式中，第二基片集成波导腔1031的金属化过孔包括在第二滤波腔1033和第二耦合缝隙1034的X方向两侧沿Y方向布置的金属化过孔、在第二耦合缝隙1034的YO方向侧沿X方向延伸的金属化过孔以及在端口2 1023附近向端口2的两端收紧的金属化过孔。端口2 1032、第二滤波腔1033、第二耦合缝隙1034的排列方向与端口1 1022、第一滤波腔1023、第一耦合缝隙1024的排列方向垂直。由此，端口2与端口1进一步远离，提高了端口隔离度。

在一个实施方式中，第二滤波腔1033的金属化过孔在Y方向的距离C3以及在OX方向上的距离C4是根据所滤波的通带特性而确定的。例如，C3可以为3.65mm，C4可以为3.9mm。

在一个实施方式中，第二基片集成波导腔1031的各金属化过孔的大小以及第二基片集成波导腔在X方向上的宽度W2是根据所传输的波的性质等确定的。例如，金属化过孔的直径Dv可以为0.4mm，W2可以为7.9mm。

在一个实施方式中，第二耦合缝隙1034在第二基片集成波导腔1031中的位置(例如，第二耦合缝隙1034的中心离第二基片集成波导腔1031的在第二耦合缝隙1034的YO方向侧沿X方向延伸的金属化过孔的中心连接线的距离Lend2)、第二耦合缝隙1034的形状(例如，一字缝隙的X方向长度Lslot3、宽度Wslot)是根据天线性能要求设定的。例如，Lend2可以为3.32mm，Lslot3可以为3.43mm，宽度Wslot可以为0.37mm。

图2示出了通过软件仿真获得的本发明的一个实施方式的滤波天线100的S参数和增益的曲线图。图中纵轴表示S参数和增益，横轴表示频率。从图2可以看出，滤波天线100对反射系数S11和S12和增益均具有较好的带通特性，在毫米波频段(24.75-27.5GHz)内S11和S22均小于-12dB，而在带外S11和S22均接近于0，具有较好的带外抑制作用。并且，在毫米波频段(24.75-27.5GHz)内，增益在8-9.8dBi的范围内，而带外的增益急剧下降，实现滤波的特性。另外，端口隔离度S21大于-35dB，端口隔离度优良。

图3a和图3b分别示出了端口1激励和端口2激励时的本发明的一个实施方式的滤波天线100的方向图。图中纵轴表示幅度，横轴表示角度。从图3a和图3b可以看出，滤波天线的交叉极化小于-18dB，具有良好的辐射特性。

接下来，参照图4a～图10c，对本发明的一个实施方式的滤波天线所构成的天线阵列进行说明。

在一个实施方式中，如图4a～图4c和图7a～图7c所示，天线阵列包括：第一层101，设有多个辐射电偶极子单元1010，每个辐射电偶极子单元1010具有多个电偶极子贴片1011，电偶极子贴片1011设有弧形缺口1012和槽1013；第二层102，设有第一馈电单元1020，第一馈电单元1020设有用于波导传输的多个第一基片集成波导腔1021、用于对辐射电偶极子单元1010耦合馈电的多个第一耦合缝隙1024、以及多个第一滤波腔1023，每个第一基片集成波导腔1021内各设有两个第一耦合缝隙1024和一个第一滤波腔1023；以及第三层103，设有第二馈电单元1030，第二馈电单元1030设有用于波导传输的多个第二基片集成波导腔1031、用于对辐射电偶极子单元1010耦合馈电的多个第二耦合缝隙1034、以及多个第二滤波腔1033，每个第二基片集成波导腔1031内各设有两个第二耦合缝隙1034和一个第二滤波腔1031。

在天线阵列中第一层101中设置的每个辐射电偶极子单元1010的结构与上述实施方式中说明的滤波天线100的结构相同，在此省略说明。在第二层102和第三层103中设置的第一馈电单元1020和第二馈电单元1030中的滤波腔、基片集成波导腔、耦合缝隙和端口的结构与上述实施方式的滤波天线类似。不同点主要在于，在本实施方式的天线阵列中，在每个基片集成波导腔1内各设有两个耦合缝隙和一个滤波腔，形成有多个波导腔和馈电到各个波导腔的功分网络。在此，与上述实施方式的滤波天线相同或对应的部分省略说明。

在一个实施方式中，天线阵列可以形成为2*2滤波天线阵列。

图4a是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的结构的形成在第一层101的辐射电偶极子单元1010的俯视图。图4b是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的结构的形成在第二层102的第一馈电单元1020的俯视图。图4c是表示本发明的一个实施方式的2*2滤波天线阵列的结构的形成在第三层103的第二馈电单元1030的俯视图。图4b和图4c中坐标系O-XY的坐标轴方向与图4b相同。

在本实施方式中，在第一层101，呈正方形地布置有四个辐射电偶极子单元1010。每个辐射电偶极子单元1010的结构与上述实施方式中滤波天线100的辐射电偶极子单元1010的结构相同，因此省略详细说明。另外，每个相邻辐射电偶极子单元的中心之间的距离SS1是可以适当选择的，例如SS1可以为7.9mm。在本实施方式中，第一层101的下表面也可以涂覆有铜等导电材料，并且在与上表面的缝隙1015对应的位置刻蚀有缝隙(未图示)。在一个实施方式中，该缝隙例如在第一层下表面的与上层的四个缝隙1015对应的位置形成为十字状。该缝隙的形状还与后述的第二层102的第一耦合缝隙1024和第三层103的第二耦合缝隙1034的形状至少部分对应。该缝隙的位置与后述的第二层102的第一耦合缝隙1024和第三层103的第二耦合缝隙1034的位置至少部分对应。例如，在一个实施方式中，在第一层101的下表面设置有四个十字状缝隙。

第二层102的上下表面也可以涂覆有铜等导电材料。在第二层102，设有第一馈电网络1020，在本实施方式中，第一馈电网络1020中设有多个第一基片集成波导腔1021，每个第一基片集成波导腔及其内部的配置结构除了第一基片集成波导腔1021的端口1 1022侧与第一基片集成波导功分网络1025连接并且在每个第一集成基片波导腔1021内沿X方向设有两个第一耦合缝隙1024这两点之外，与上述滤波天线100的第一基片集成波导腔1021的结构相同。也就是说，在本实施方式中，用一个第一基片集成波导腔1021及其内部配置结构为两个辐射电偶极子单元1010滤波并馈电。由此，只使用了一级滤波腔就实现了两个天线的滤波，在实现天线保持滤波性能的基础上，减小了天线阵列的馈电网络的尺寸。

在第二层102，还设有第一基片集成波导功分网络1025，第一基片集成波导功分网络1025设置在端口1 1022与第一基片集成波导腔1021之间，实现一分二的功率分配。第一基片集成波导功分网络1025通过贯穿第二层102的金属化过孔形成，包括从端口1 1022的两端起沿X方向布置的第一金属化过孔10251、在第一金属化过孔10251的布置方向上远离端口1 1022侧与第一金属化过孔10251的布置方向垂直地沿Y方向布置的第二金属化过孔10252、以及在第二金属化过孔10252的布置方向上远离第一金属化过孔10251侧与第二金属化过孔10252的布置方向垂直地沿X方向布置的第三金属化过孔10253、以及设置在Y方向两侧的第三金属化过孔10253之间的第四金属化过孔10254(例如有三个第四金属化过孔)。第三金属化过孔10253的布置方向上远离第二金属过孔10252侧与各个第一基片集成波导腔1021耦合。

通过一个第一基片集成波导腔内放置两个耦合缝隙，并且利用第一基片集成波导功分网络实现功分，本实施方式的天线阵列相比于使用高阶模次的结构来实现功分的结构，不增加剖面的基础上实现功分效果。

在一个实施方式中，第一基片集成波导功分网络1025的第一金属化过孔10251布置方向上的边长F2、第三金属化过孔10253布置方向上的边长F1、三个第四金属化过孔10254中中间的第四金属化过孔10254与第一基片集成波导腔1021的最小距离Fc1、第四金属化过孔10254中两侧的金属化过孔10254与第三金属化过孔10253的最小距离Fd1是根据天线阵列性能确定的。例如，F1可以为6.36mm、F2可以为4.12mm、Fc1可以为2.46mm、Fd1可以为1.18mm。

端口1 1022经第一基片集成波导功分网络1025与所述第一基片集成波导腔1021耦合。

在本实施方式中，多个第一耦合缝隙1024的至少一部分的缝长(Lslot11、Lslot22、Lslot1、Lslot2)不同，由此实现了良好的阻抗匹配。在一个实施方式中，第一耦合缝隙1024离第一基片集成波导功分网络1025越远，其缝长越长，例如，Lslot11＝5.18mm、Lslot22＝4.68mm、Lslot1＝3.1mm、Lslot2＝4.85mm。

在第二层102的下表面与上表面的耦合缝隙1024至少部分对应的位置刻蚀有缝隙(未图示)。该缝隙的形状与后述的第三层103的第二耦合缝隙1034的形状一致。该缝隙的位置与后述的第三层103的第二耦合缝隙1034的位置对应(即上下对应)。例如，在一个实施方式中，在第二层102的下表面设置有四个一字状缝隙。

第三层103的上下表面也可以涂覆有铜等导电材料。

在第三层103，设有第二馈电网络1030，在本实施方式中，第二馈电网络1030中设有多个第二基片集成波导腔1031，每个第二基片集成波导腔及其内部的配置结构除了第二基片集成波导腔1031的端口2 1032侧与第二基片集成波导功分网络1035连接并且在每个第二集成基片波导腔1031内沿Y方向设有两个第二耦合缝隙1034这两点海之外，与上述滤波天线100的第二基片集成波导腔1031的结构相同。也就是说，在本实施方式中，用一个第二基片集成波导腔1031及其内部配置结构为两个辐射电偶极子单元1010滤波并馈电。由此，在实现天线保持滤波性能的基础上，减小了天线阵列的尺寸。

在第三层103，还设有第二基片集成波导功分网络1035，第二基片集成波导功分网络1035设置在端口2 1032与第二基片集成波导腔1031之间，实现一分二的功率分配。第二基片集成波导功分网络1035通过贯穿第三层103的金属化过孔形成，包括从端口2 1032的两端起沿Y方向布置的第五金属化过孔10351、在第五金属化过孔10351的布置方向上远离端口2 1032侧与第五金属化过孔10351的布置方向垂直地沿X方向布置的第六金属化过孔10352、以及在第六金属化过孔10352的布置方向上远离第五金属化过孔10351侧与第六金属化过孔10352的布置方向垂直地沿Y方向布置的第七金属化过孔10353、以及设置在X方向两侧的第七金属化过孔10353之间的第八金属化过孔10354(例如有三个第八金属化过孔)。第七金属化过孔10353的布置方向上远离第六金属过孔10352侧与各个第二基片集成波导腔1031耦合。

通过一个第二基片集成波导腔内放置两个耦合缝隙，并且利用第二基片集成波导功分网络实现功分，本实施方式的天线阵列相比于使用高阶模次的结构来实现功分的结构，不增加剖面的基础上实现功分效果。

在一个实施方式中，第二基片集成波导功分网络1035的第五金属化过孔10351布置方向上的边长F2、第六金属化过孔10353布置方向上的边长F1、三个第八金属化过孔10354中中间的第八金属化过孔10354与第二基片集成波导腔1031的最小距离Fc1、第八金属化过孔10354中两侧的第八金属化过孔10354与第七金属化过孔10353的最小距离Fd1是根据天线阵列性能确定的。例如，F1可以为6.36mm、F2可以为4.12mm、Fc1可以为2.46mm、Fd1可以为1.18mm。

端口2 1032经第二基片集成波导功分网络1035与第一基片集成波导腔1031耦合。

在本实施方式中，多个第二耦合缝隙1034的至少一部分的缝长(Lslot33、Lslot3)不同，由此实现了良好的阻抗匹配。在一个实施方式中，第二耦合缝隙1034离第二基片集成波导功分网络1035越远，其缝长越长，例如，Lslot33＝3.52mm、Lslot3＝2.94mm。

图5示出了通过软件仿真获得的本发明的一个实施方式的2*2天线阵列的S参数和增益的曲线图。图中纵轴表示S参数和增益，横轴表示频率。如图5所示，天线阵列对反射系数S11和S12和增益均具有较好的带通特性。在毫米波频段(24.75-27.5GHz)内S11和S22均小于-10dB，而在带外S11和S22均接近于0，具有较好的带外抑制作用。而且，在毫米波频段(24.75-27.5GHz)内增益在10.3-13.5dBi的范围内，而带外的增益急剧下降，实现滤波的特性。另外，端口隔离度S21大于30dB，端口隔离度优良。

图6a和图6b分别示出了端口1激励和端口2激励时的本发明的一个实施方式的2*2天线阵列的方向图。图中纵轴表示幅度，横轴表示角度。从图6可以看出，本实施方式的2*2天线阵列，具有良好的辐射特性，其中交叉极化小于-21dB。

在一个实施方式中，天线阵列可以形成为4*4滤波天线阵列。该天线阵列与上述实施方式中的2*2的天线阵列主要的不同之处在于：在第一层101中呈正方形地形成有4*4个辐射电偶极子单元1010(每个相邻辐射电偶极子单元的中心之间的距离SS2是可以适当选择的，例如SS2可以为7.9mm)，在第二层102中，为第一层101中XO方向侧的两排共八个辐射电偶极子单元1010馈电的四个第一基片集成波导腔1021及其内部的第一耦合缝隙1024和第一波导腔1023的布置与为第一层中OX方向侧的两排共八个辐射电偶极子单元1010馈电的四个第一基片集成波导腔1021及其内部的第一耦合缝隙1024和第一波导腔1023的布置关于Y方向对称，在第三层103中，为第一层101中YO方向侧的两列共八个辐射电偶极子单元1010馈电的四个第二基片集成波导腔1031及其内部的第二耦合缝隙1034和第二波导腔1033的布置与为第一层中OY方向侧的两列共八个辐射电偶极子单元1010馈电的四个第二基片集成波导腔1031及其内部的第二耦合缝隙1034和第二波导腔1033的布置关于X方向对称。这种Y方向对称布置和X方向对称布置(即，天线的出口旋转180°配置，故亦称作180°旋转放置)有利于布置的紧凑性，但会带来方向图分瓣的不良影响，为了克服这种影响，该天线阵列与上述实施方式中的2*2的天线阵列主要的不同之处还在于：在第一层101设置用于馈电的端口1 1067和第一L型基片集成波导馈电网络1050，在第二层102设置实现一分四的功分功能的第一U型基片集成波导功分网络1026，在第三层103设置第二U型基片集成波导功分网络1036，并且为天线阵列设置第四层104，在第四层设置用于馈电的端口2 1041和第二L型基片集成波导馈电网络1040，通过设置在第一层的第一L型基片集成波导馈电网络1050馈电到第二层102的第一U型基片集成波导功分网络1026的两路信号有180°相位差，通过第四层的第二L型基片集成波导馈电网络1040馈电到第三层103的第二U型基片集成波导功分网络1036的两路信号也有180°相位差，弥补了旋转放置带来的方向图分瓣的不良影响。

也就是说，在本实施方式的4*4的天线阵列中，在第二层102和第三层103中，在四个如上述2*2的天线阵列中的第一馈电单元和第二馈电单元的基础上进行了如下改变：将端口1和端口2分别移动到第一层101和第四层104，并且在馈电传输路径的端口1与第一基片集成波导功分网络之间添加了第一L型基片集成波导馈电网络1050和实现一分四的功分功能的第一U型基片集成波导功分网络1026，在馈电传输路径上的端口2与第二基片集成波导功分网络之间添加了第二L型基片集成波导馈电网络1040和实现一分四的功分功能的第二U型基片集成波导功分网络1036。

除这些点外，4*4滤波天线阵列的结构与上述实施方式中的2*2的天线阵列的结构相同。因此，对相同的部分省略说明，仅对不同点进行详细说明。

在本实施方式中，第一L型基片集成波导馈电网络、第二L型基片集成波导馈电网络、第一U型基片集成波导功分网络、第二U型基片集成波导功分网络还可以分别称为第一L型SIW馈电网络、第二L型SIW馈电网络、第一U型SIW功分网络、第二U型SIW功分网络。

图7a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第一层的辐射电偶极子单元和第一L型SIW馈电网络的俯视图。图7b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第二层的第一馈电单元的俯视图。图7c是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第三层的第二馈电单元的俯视图。图7d是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的结构的形成在第四层的第二L型SIW馈电网络的俯视图。图7b、图7c和图7d中坐标系O-XY的坐标轴方向与图7a相同。

如图7a所示，在第一层101的上表面，除了4*4的辐射电偶极子单元1010外，还设有第一L型SIW馈电网络1050。第一L型SIW馈电网络1050包括在第一层101上表面涂覆有铜等导电材料并贯穿形成有金属化过孔的第一L型SIW腔，第一L型SIW腔的一端与端口1 1067耦合，另一端与设置在第一层101的下表面的馈电缝隙1053耦合。第一L型SIW馈电网络1050和馈电缝隙1053的尺寸(例如E1、E2、Lslotb1)根据天线阵列性能确定，例如E1为2.55mm、E2为2.15mm，Lslotb1为3.77mm。

如图7b所示，在第二层102，与馈电缝隙1053对应的位置，设有耦合缝隙1027，经由该耦合缝隙1027为第一U型SIW功分网络1026馈电。

在第二层102，除了Y方向对称分布的四个上述实施方式中的2*2天线阵列的第一馈电网络的结构外，还设有第一U型SIW功分网络1026，该第一U型SIW功分网络1026与四个2*2天线阵列的四个第一基片集成波导功分网络1025耦合，实现一分四的功分功能。第一U型SIW功分网络1026的尺寸(Fu1、Fu2、Fu3、Fu4、Fuc)根据天线阵列性能确定，例如Fu1为2.92mm、Fu2为2.36mm、Fu3为18mm、Fu4为8.28mm、Fuc为2.98mm。

如图7c所示，在第三层103，除了X方向对称分布的四个上述实施方式中的2*2天线阵列的第二馈电网络的结构外，还设有第二U型SIW功分网络1036，该第一U型SIW功分网络1036与四个2*2天线阵列的四个第二基片集成波导功分网络1035耦合，实现一分四的功分功能。第二U型SIW功分网络1036的尺寸(Fd1、Fd2、Fd3、Fd4、Fdc)根据天线阵列性能确定，例如Fd1为2.4mm、Fd2为2.77mm、Fd3为18mm、Fd4为8.6mm、Fdc为2.96mm。

在第三层103，第三层103的下表面涂布有铜等导电材料，并且在与后述的馈电缝隙1043对应的位置，设有耦合缝隙(未图示)，经由该耦合缝隙为第二U型SIW功分网络馈电1036。

如图7d所示，在第四层104形成有第二L型SIW馈电网络1040。第二L型SIW馈电网络1040包括在第四层上表面涂覆有铜等导电材料并贯穿形成有金属化过孔的第二L型SIW腔1042，第二L型SIW腔的一端与端口2 1041耦合，另一端与设置在第四层104的上表面的馈电缝隙1043耦合。该馈电缝隙1043例如为一字型。该馈电缝隙1043设置在与第三层103的下表面的耦合缝隙对应的位置。第二L型SIW馈电网络1040和馈电缝隙1043的尺寸(例如E3、E4、Lslotb2)根据天线阵列性能确定，例如E3为2.38mm、E4为2.53mm，Lslotb2＝3.79mm。

图8a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的L型SIW馈电网络与U型SIW功分网络的组合仿真结果的S参数的曲线图。图8b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的L型SIW馈电网络与U型SIW功分网络的相位差的曲线图。图中Port1表示端口1或端口2，Port2～Port5分别表示U型SIW功分网络1026/1036与第一/第二基片集成波导功分网络的耦合端口10261/10361～10263/10363。

从图8a～图8b可知，S12、S13、S14、S15均大于-6.5dB，Port1的反射系数小于-18dB，Port 2减Port 4的相位差为180°且波动小于5°，Port 2减Port 3的相位差为0°，波动也小于5°，故具有良好的功分效果。

图9a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的S参数和增益的曲线图。图9b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的第一端口和第二端口的端口隔离度的曲线图。由图9a～图9b可知，在毫米波频段(24.75-27.5GHz)内S11和S22均小于-11.5dB，而在带外S11和S22均接近于0，具有较好的带外抑制作用。并且在毫米波频段(24.75-27.5GHz)内，增益在16-18.5dBi的范围内，而带外的增益急剧下降，实现良好的滤波的特性。另外，在本实施方式中，由于使用L型SIW馈电网络1050/1040使得端口1和端口2之间具有更远的距离，故端口隔离度相比于其它实施方式得到进一步的提升，小于-61dB。

图10a是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在24.9GHz下第一端口激励时的方向图。图10b是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在24.9GHz下第二端口激励时的方向图。图10c是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在27.5GHz下第一端口激励时的方向图。图10d是表示本发明的一个实施方式的4*4滤波天线阵列的在27.5GHz下第二端口激励时的方向图。由图10a～图10d可知，本实施方式的天线阵列的方向图具有良好的辐射特性，且其交叉极化小于-40dB。

根据以上的各实施方式，至少可以实现以下的效果之一。

(1)根据一些实施方式的滤波天线、天线阵列或无线设备，通过在电偶极子贴现上设置弧形缺口和槽，并且在馈电单元中设置滤波腔，实现了对天线的反射系数和增益的带通滤波的特性以及优异的带外的抑制水平。

(2)根据一些实施方式的天线、天线阵列或无线设备，能够实现双极化并且具有高的端口隔离度。

(3)根据一些实施方式的天线阵列，使用一个基片集成波导腔内设置两个耦合缝隙的结构实现了天线阵列的组合，并且能够提供一种带有简易且不增加剖面的功分器的天线阵列。另外，使用不等缝长的耦合缝隙馈电，实现了天线的阻抗匹配。因此，在保持天线阵列滤波性能的基础上且实现了高的增益，同时相较于别的结构减少了天线阵列的物理尺寸。

(4)根据一些实施方式，当天线对立放置在外加馈电网络时，通过设置在第一层和第四层的基片集成波导馈电网络分别给第二层和第三层的U型基片集成波导功分网络馈电，补偿了180°相位差，使每个电偶极子得到同等的激励，实现了相位差较小(例如，相位波动差小于5°)的馈电网络，同时在加入馈电网络后天线仍保持天线原本的滤波的性能。

另外，在本发明的另一些实施方式中，一种无线设备可以搭载上述滤波天线或滤波天线阵列。该无线设备可以是智能电话、平板计算设备、膝上型计算机、物联网(IoT)设备、车载通信设备、基站设备和/或其他类型的配置为提供无线通信的计算设备中的一个或多个。

以上，虽然对本发明的多个实施方式进行了说明，但是这些实施方式是作为例子提出的，并非旨在限定本发明的保护范围。这些实施方式能够以其他各种方式实施，在不偏离本发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在本发明的保护范围或宗旨中，并且，包含在权利要求书所记载的本发明和其等同的保护范围内。

Claims (10)

1.一种滤波天线，其特征在于，包括：

第一层，设有辐射电偶极子单元，该辐射电偶极子单元具有多个电偶极子贴片，所述电偶极子贴片设有弧形缺口和槽；

第二层，设有用于实现第一极化的第一馈电单元，所述第一馈电单元设有第一滤波腔；

第三层，设有用于实现第二极化的第二馈电单元，所述第二馈电单元设有第二滤波腔。

2.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，

所述弧形缺口设置于各所述电偶极子贴片的彼此相邻的角部，

所述槽开设于各所述电偶极子贴片的彼此相邻的边上。

3.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，

各所述电偶极子贴片旋转对称地布置，各所述电偶极子贴片的对称中心侧的角部相连。

4.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，

彼此相邻的所述电偶极子贴片之间设有缝隙，

所述弧形缺口与所述缝隙的一端相连，

所述槽的槽口在所述缝隙的长度方向的中途位置与所述缝隙相连，

彼此相邻的所述电偶极子贴片的槽口隔着所述缝隙彼此相对。

5.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，

所述第一馈电单元还设有用于馈电的第一端口、用于波导传输的第一基片集成波导腔、以及用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的第一耦合缝隙所述第一滤波腔设置在所述第一基片集成波导腔内靠近所述第一端口侧，所述第一耦合缝隙设置在所述第一基片集成波导腔内远离所述第一端口侧。

6.根据权利要求1所述的滤波天线，其特征在于，

所述第二馈电单元还设有用于馈电的第二端口、用于波导传输的第二基片集成波导腔、以及用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的第二耦合缝隙，所述第二滤波腔设置在所述第二集成波导腔内靠近所述第二端口侧，所述第二耦合缝隙设置在所述第二集成波导腔内远离所述第二端口侧。

7.一种天线阵列，其特征在于，包括：

第一层，设有多个辐射电偶极子单元，每个辐射电偶极子单元具有多个电偶极子贴片，所述电偶极子贴片设有弧形缺口和槽；

第二层，设有第一馈电单元，所述第一馈电单元设有用于波导传输的多个第一基片集成波导腔、用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的多个第一耦合缝隙、以及多个第一滤波腔，每个第一基片集成波导腔内各设有两个第一耦合缝隙和一个第一滤波腔；以及

第三层，设有第二馈电单元，所述第二馈电单元设有用于波导传输的多个第二基片集成波导腔、用于对所述辐射电偶极子单元耦合馈电的多个第二耦合缝隙、以及多个第二滤波腔，每个第二基片集成波导腔内各设有两个第二耦合缝隙和一个第二滤波腔。

8.根据权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，

所述第二层设有用于馈电的第一端口、

所述第三层设有用于馈电的第二端口，

所述第二层和所述第三层还设有第一基片集成波导功分网络和第二基片集成波导功分网络，

所述第一端口经第一基片集成波导功分网络与所述第一基片集成波导腔耦合，

所述第二端口经第二基片集成波导功分网络与所述第二基片集成波导腔耦合，

所述第一滤波腔靠近所述第一基片集成波导功分网络侧设置，所述第一耦合缝隙远离所述第一基片集成波导功分网络侧设置，

所述第二滤波腔靠近所述第二基片集成波导功分网络侧设置，所述第二耦合缝隙远离所述第二基片集成波导功分网络侧设置，

所述多个第一耦合缝隙的至少一部分的缝长不同或所述多个第二耦合缝隙中的至少一部分的缝长不同。

9.根据权利要求7所述的天线阵列，其特征在于，

所述第一层设有用于馈电的第一端口和第一L型基片集成波导馈电网络，

所述第二层设有第一U型基片集成波导功分网络，

所述第三层设有第二U型基片集成波导功分网络，

所述天线阵列还包括第四层，

所述第四层设有用于馈电的第二端口和第二L型基片集成波导馈电网络，

所述第一端口经第一L型基片集成波导馈电网络、第一U型基片集成波导功分网络与所述第一基片集成波导腔耦合，

所述第二端口经第二L型基片集成波导馈电网络、第二U型基片集成波导功分网络与所述第二基片集成波导腔耦合，

所述第一滤波腔靠近所述第一U型基片集成波导功分网络侧设置，所述第一耦合缝隙远离所述第一U型基片集成波导功分网络侧设置，

所述第二滤波腔靠近所述第二U型基片集成波导功分网络侧设置，所述第二耦合缝隙远离所述第二U型基片集成波导功分网络侧设置。

10.一种无线设备，包括权利要求1～6中任一项所述的滤波天线或权利要求7～9中任一项所述的天线阵列。

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