CN112968281B - 双极化滤波天线单元、双极化滤波天线阵列 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种双极化滤波天线单元、双极化滤波天线阵列，涉及天线技术领域。该双极化滤波天线单元包括金属基板和辐射层，金属基板和辐射层之间设置多个介质层，每个介质层上设置第一过孔和第二过孔，其中，第一过孔和第二过孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号，多个介质层的第一过孔的轴线平行，且间隔预设距离，上下相邻的介质层的第一过孔通过上下相邻的介质层之间的金属层电连接，本申请实施例中，通过加载第一过孔和第二过孔，第一过孔和第二过孔组合产生多种谐振模式，一方面在阻带产生一个辐射零点，实现了较好的带阻滤波效果，另一方面，扩展了天线单元的低频带宽，实现了天线小型化、多频带设计。

Description

双极化滤波天线单元、双极化滤波天线阵列

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种双极化滤波天线单元、双极化滤波天线阵列。

背景技术

双频双极化天线是多频段小型化、双极化设计，天线的多频化使天线能同时在多个频段下工作，从而一个多频天线可代替多个单频天线，进一步提高通信系统的集成度，满足5G通信系统需求。

目前，基站天线朝着宽频带的方向发展，天线的带宽越宽，尺寸越大。而在实际设计中，受限于天线的应用场景对天线尺寸的限制，常常需要为了缩小天线尺寸而简化天线结构，这样导致天线的带宽变窄。

因此，提供一种既能缩小天线尺寸，又能保证天线带宽的双极化天线成为本领域的重点研究话题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种双极化滤波天线单元、双极化滤波天线阵列。

一种双极化滤波天线单元，包括相对设置的金属基板和辐射层，金属基板和辐射层之间设置有多个介质层，相邻介质层之间设置有金属层，

各介质层包括第一过孔和第二过孔，多个介质层的第一过孔的轴线平行且间隔预设距离，多个介质层的第二过孔的轴线平行且间隔预设距离，第一过孔和第二过孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号；

其中，相邻介质层的第一过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接，相邻介质层的第二过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接，多个介质层中的第一介质层的第一过孔与第一介质层的第二过孔通过金属基板电连接，多个介质层中的第二介质层的第一过孔与第二介质层的第二过孔分别与辐射层电连接，第一介质层为多个介质层中距离金属基板最近的介质层，第二介质层为多个介质层中距离辐射层最近的介质层。

在其中一个实施例中，辐射层包括多个辐射片，第一过孔、第二过孔分别与两个辐射片对应设置，

多个介质层与相邻两个辐射片之间的预留区域对应的区域设置有第三过孔，多个介质层的第三过孔的轴线平行且间隔预设距离，第三过孔用于容纳金属柱，第一介质层的第三过孔分别与第一介质层的第一过孔和第一介质层的第二过孔通过金属基板电连接，相邻介质层的第三过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接。

在其中一个实施例中，多个介质层中的目标介质层包括第三过孔，目标介质层包括第一介质层。

在其中一个实施例中，多个介质层包括M个介质层，靠近金属基板的N个介质层的第一过孔的孔径大于远离金属基板的M-N个介质层的第一过孔的孔径；靠近金属基板的N个介质层的第二过孔的孔径大于远离金属基板的M-N个介质层的第二过孔的孔径，M、N为整数，N小于M。

在其中一个实施例中，多个介质层的第一过孔和第二过孔形成的信号通路的长度与双极化滤波天线单元的待滤除的信号的半波长相同。

在其中一个实施例中，辐射层包括第一辐射片和第二辐射片，第一辐射片和第二辐射片设置于金属基板的对称线的两侧，

多个介质层与第一辐射片对应的区域设置有第四过孔和第五过孔，第四过孔与第五过孔连接，多个介质层的第四过孔轴线平行且间隔预设距离，多个介质层的第五过孔的轴线平行且间隔预设距离，第四过孔与第五过孔用于容纳金属柱，相邻介质层的第四过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接，相邻介质层的第五过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接；

多个介质层与第二辐射片对应的区域设置有第六过孔和第七过孔，第六过孔和第七过孔连接，多个介质层的第六过孔轴线平行且间隔预设距离，多个介质层的第七过孔的轴线平行且间隔预设距离，第六过孔和第七过孔用于容纳金属柱，相邻介质层的第六过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接，相邻介质层的第七过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接；

其中，多个介质层中的第一介质层的第四过孔与第六过孔或者第七过孔通过金属基板电连接，多个介质层中的第一介质层的第五过孔与第六过孔或者第七过孔通过金属基板电连接。

在其中一个实施例中，介质层与相邻两个辐射片之间的预留区域对应的区域设置有馈电孔，馈电孔用于容纳金属柱，

天线单元还包括第一馈线和第二馈线，第一馈线与第一介质层的馈电孔连接，第二馈线与第二介质层的馈电孔连接。

在其中一个实施例中，辐射层包括四个辐射片，各辐射片分别位于以金属基板的中心为原点的四个象限内。

在其中一个实施例中，辐射片形状为圆形、矩形、三角形或者扇形。

一种双极化滤波天线阵列，包括阵列排布的双极化滤波天线单元，该双极化滤波天线单元为上述实施例中任一项所述的双极化滤波天线单元。

上述双极化滤波天线单元、双极化滤波天线阵列，可以缩小双极化滤波天线单元的尺寸。该双极化滤波天线单元包括金属基板和辐射层，金属基板和辐射层之间设置多个介质层，每个介质层上设置第一过孔和第二过孔，其中，第一过孔和第二过孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号，多个介质层的第一过孔的轴线平行，且间隔预设距离，上下相邻的介质层的第一过孔通过上下相邻的介质层之间的金属层电连接，这样电流信号在金属基板和辐射层之间传输时，电流信号的流通路径比现有技术中电流信号的流通路径延长。其中，第一过孔和第二过孔组合产生多种谐振模式，一方面在阻带产生一个辐射零点，实现了较好的带阻滤波效果，另一方面，扩展了天线单元低频带宽，实现了天线小型化、多频带设计。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种双极化滤波天线单元的信号通路的示意图；

图7为本申请实施例提供的一种双极化滤波天线单元的电场抵消的示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一种双极化滤波天线单元的辐射层的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图11为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的电场抵消的示意图；

图12为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图14为本申请实施例提供的另一种双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图15为图14中示出的双极化滤波天线单元的俯视示意图；

图16为本申请实施例提供的实例1中的双极化滤波天线单元的分解结构示意图；

图17为本申请实施例提供的实例1中的双极化滤波天线单元的俯视结构示意图；

图18为本申请实施例提供的实例1中的磁偶极子结构的示意图；

图19为本申请实施例提供的实例1中的金属化过孔的结构示意图；

图20为本申请实施例提供的实例1中的馈电结构示意图；

图21为本申请实施例提供的实例1中的回波损耗和极化隔离曲线仿真结果图；

图22为本申请实施例提供的实例1中的增益曲线仿真结果图；

图23为本申请实施例提供的实例2中的双极化滤波天线单元的俯视结构示意图；

图24为本申请实施例提供的实例2中的双极化滤波天线单元的金属化过孔的结构示意图；

图25为本申请实施例提供的实例2中的回波损耗和极化隔离曲线仿真结果图；

图26为本申请实施例提供的实例2中的增益曲线仿真结果图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

随着移动通信设备的普及率越来越高，微波频段频谱资源越发的拥挤，导致可分配的带宽越来越窄，这样导致信号传输速度受到影响而无法进一步提高，难以满足人们日常对通信速度越来越高的需求。

基于此，目前毫米波频段通信凭借其较宽的可用带宽和较高的信息传输速率优势，吸引国内外众多专家和学者的关注，其中，天线是毫米波无线通信系统中不可缺少的重要一部分。

在5G通信系统的发展推动下，天线技术也不断进步，使天线设计朝着小型化、低剖面、多频段、多极化等方向发展。小型化、低剖面的天线不仅能降低制造成本，也有助于提高5G系统的集成度。而在实际设计中，受限于天线的应用场景对天线尺寸的限制，常常需要为了缩小天线尺寸而简化天线结构，这样导致天线的带宽变窄。

鉴于上述多种现有技术存在诸多不足之处，本申请实施例提供了一种双极化滤波天线单元，该双极化滤波天线单元包括金属基板和辐射层，金属基板和辐射层之间设置多个介质层，每个介质层上设置第一过孔和第二过孔，其中，第一过孔和第二过孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号，多个介质层的第一过孔的轴线平行，且间隔预设距离，上下相邻的介质层的第一过孔通过上下相邻的介质层之间的金属层电连接，这样电流信号在金属基板和辐射层之间传输时，电流信号的流通路径比现有技术中电流信号的流通路径延长，从而实现了低剖面，缩小了天线尺寸。通过加载第一过孔和第二过孔，从而扩展天线带宽，实现了天线小型化，多频带设计的目的。

请参考图1，其示出了本申请实施例提供的一种双极化滤波天线单元，该双极化滤波天线单元包括相对设置的金属基板102和辐射层101，金属基板102和辐射层101之间设置有多个介质层103，相邻的介质层103之间设置有金属层104。

其中，每个介质层103包括第一过孔1031和第二过孔1032，其中，过孔也称金属化过孔，在双面板和多层板中，为连通各层之间的印制导线，在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔。本申请实施例中，第一过孔1031和第二过孔1032用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号，上下相邻的介质层的第一过孔通过上下相邻的介质层之间的金属层104电连接，上下相邻的介质层的第二过孔通过上下相邻的介质层之间的金属层104电连接。

如图1所示，虚线表示第一过孔1031和第二过孔1032的轴线，该多个介质层的第一过孔1031的轴线平行且间隔预设距离，该多个介质层的第二过孔1032的轴线平行且间隔预设距离。

可选的，如图2所示，该多个介质层中，每个介质层的第一过孔的轴线与其他介质层的第一过孔的轴线均间隔预设距离，每个介质层的第二过孔的轴线与其他介质层的第二过孔的轴线均间隔预设距离。

可选的，如图3所示，该多个介质层中，部分相邻的介质层的第一过孔的轴线重合，并与其余介质层的第一过孔的轴线间隔预设距离。部分相邻的介质层的第二过孔的轴线重合，并与其余介质层的第二过孔的轴线间隔预设距离。

可选的，如图4所示，该多个介质层中，上下两个相邻的介质层的第一过孔的轴线间隔预设距离。该多个介质层中，两个相邻的介质层的第二过孔的轴线间隔预设距离。

可选的，如图2所示，该多个介质层的第一过孔1031的轴线之间的间隔预设距离H可以相同也可以不相同。该多个介质层的第二过孔1032的轴线之间的间隔预设距离H可以相同也可以不相同。

可选的，如图5所示，同一介质层的第一过孔和第二过孔的孔径相同，且同一介质层中第一过孔与上下相邻的介质层中的第一过孔的相对位置关系与该介质层中第二过孔与上下相邻的介质层中第二过孔的相对位置关系相同。

可选的，本申请实施例中，如图5和图2所示，上下相邻的介质层的第一过孔（或第二过孔）的孔径可以相同也可以不相同。

可选的，本申请实施例提供过来一种双极化滤波天线单元，该双极化滤波天线单元包括M个介质层，其中，靠近金属基板的N个介质层的第一过孔的孔径大于远离金属基板的M-N个介质层的第一过孔的孔径。靠近金属基板的N个介质层的第二过孔的孔径大于远离金属基板的M-N个介质层的第二过孔的孔径，M、N为整数，N小于M。

本申请实施例中，多个介质层中的第一介质层的第一过孔与第一介质层的第二过孔通过金属基板电连接，多个介质层中的第二介质层的第一过孔与第二介质层的第二过孔分别与辐射层电连接，第一介质层为多个介质层中距离金属基板最近的介质层，第二介质层为多个介质层中距离辐射层最近的介质层。

其中，如图6所示，图6中的粗实线示出了由介质层的第一过孔内容纳的金属柱，相邻的介质层之间的金属层，以及介质层的第二过孔容纳的金属柱所形成的信号通路，该信号通路的路径长度相比于现有技术中的信号通路更长，因此在天线单元的尺寸相同的情况下，本申请提供的信号通路的带宽更宽，也就是说，在保证带宽不变的情况下，本申请实施例提供的天线单元的尺寸可以缩小。

在本申请的一个实施例中，多个介质层的第一过孔和第二过孔形成的信号通路的长度与双极化滤波天线单元的待滤除的信号的半波长相同。

其中，多个介质层的第一过孔和第二过孔形成的信号通路的长度由多个介质层的第一过孔内容纳的金属柱的竖直高度和多个介质层的第一过孔的轴线之间的间隔距离确定。其中，金属柱的竖直高度受限于天线的硬件尺寸的影响而不便于改动，而多个介质层的第一过孔的轴线之间的间隔距离是可调节的，如图6所示，图6中粗实线也用于表示电流信号的传输路径，其中，多个介质层的第一过孔的轴线之间的间隔距离H的大小可以影响多个介质层的第一过孔和第二过孔形成的信号通路的长度。

本申请实施例中，为便于叙述，下面定义由多个介质层的第一过孔形成的信号通路为第一子通路，定义由多个介质层的第二过孔形成的信号通路为第二子通路，第一子通路和第二子通路通过金属基板电连接。其中，如图7所示，例如电流信号从第一子通路流入，用叉号表示，从第二子通路流出，用圆点表示，此时，第一子通路和第二子通路会引起谐振，在低频产生一个新的辐射模式，将天线的工作频带往低频移动。于此同时，第一子通路和第二子通路产生谐振会形成一个辐射零点，这种情况下，信号无法辐射出去，从而被滤除。其中，被滤除的信号的半波长等于多个介质层的第一过孔和第二过孔形成的信号通路的长度。

在本申请的一个实施例中，如图8所示，辐射层101包括多个辐射片1011，每个介质层上与每个辐射片1011对应的区域内设置有一个第一过孔1031和一个第二过孔1032。

可选的，每个介质层上包括多个过孔组，每个过孔组包括一个第一过孔和一个第二过孔，多个介质层中的第一介质层的同一过孔组内的第一过孔和第二过孔通过金属基板电连接。

可选的，辐射片的形状可以为圆形、矩形、三角形或者扇形。

可选的，多个辐射片可以矩阵排列。

可选的，同一辐射片对应的区域内的，多个介质层中的第一过孔和第二过孔形成的信号通路的长度与与双极化滤波天线单元的待滤除的信号的半波长相同。

可选的，如图9所示，辐射层101包括四个辐射片1011，各辐射片分别位于以金属基板的中心为原点的四个象限内。

本发明没有使用额外的滤波电路结构，通过在金属基板的四个象限分别加载多个第一过孔和第二过孔，四个象限内各自组合产生谐振，将电流集中到四个象限，彼此电场相互抵消，从而在阻带内产生辐射零点，使天线形成带阻滤波效果。

在本申请的一个实施例中，各个介质层与相邻的辐射片之间的预留区域对应的区域设置有馈电孔，馈电孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号。多个介质层的馈电孔的轴线重合，其中，第一介质层的馈电孔与第一馈线连接，第二介质层的馈电孔与第二馈线连接。

在本申请的一个实施例中，如图10所示，辐射层101包括多个辐射片1011，相邻的辐射片之间设置有预留区域，预留区域如图10中虚线框所示。第一过孔1031、第二过孔1032分别与两个辐射片对应设置，即每个介质层的第一过孔设置在两个辐射片中的第一个辐射片对应的区域内，每个介质层的第二过孔设置在两个辐射片中的第二个辐射片对应的区域内。

其中，多个介质层与相邻两个辐射片之间的预留区域对应的区域设置有第三过孔1033，多个介质层的第三过孔1033的轴线平行且间隔预设距离，第三过孔1033用于容纳金属柱，第一介质层的第三过孔1033分别与第一介质层的第一过孔1031和第一介质层的第二过孔1032通过金属基板电连接，相邻介质层的第三过孔1033通过相邻介质层之间的金属层电连接。

可选的，多个介质层中目标介质层包括第三过孔，非目标介质层不包括第三过孔。其中，目标介质层包括第一介质层。可选的，目标介质层为多个相邻的介质层。

可选的，第三过孔位于相邻两个辐射片的对称线上。

可选的，本申请实施例中，为便于表述，下面定义由多个介质层的第三过孔形成的信号通路为第三子通路，定义由多个介质层的第一过孔形成的信号通路为第一子通路，定义由多个介质层的第二过孔形成的信号通路为第二子通路，第三子通路分别与第一子通路和第二子通路通过金属基板电连接。

可选的，第三子通路到第一子通路和到第二子通路的路径长度之和与双极化滤波天线单元的待滤除的信号的半波长相同。

其中，如图11所示，其中，第一子通路、第二子通路和第三子通路相互作用，在高频通带边缘产生两个辐射零点，从而使天线高频通带具有良好的带通滤波效果。

可选的，辐射层包括四个辐射片，各辐射片分别位于以金属基板的中心为原点的四个象限内。多个介质层与相邻两个辐射片之间的预留区域对应的区域设置有第三过孔。如图12所示，其示出了A/B/C/D四组组合。可选的，每一个组合中的第三子通路到第一子通路和到第二子通路的路径长度之和可以相同也可以不相同。

当信号的半波长与该四组组合的任一组合对应的路径长度之和相同时，即可将该信号滤除。

在本申请的一个实施例中，如图13所示，辐射层101包括第一辐射片1301和第二辐射片1302，第一辐射片1301和第二辐射片1302设置于金属基板的对称线的两侧。

其中，多个介质层在第一辐射片1301和第二辐射片1302对应的区域内设置有第一过孔1031和第二过孔1032的前提条件下，多个介质层与第一辐射片1301对应的区域设置有第四过孔1034和第五过孔1035，第四过孔1034与第五过孔1035连接，多个介质层的第四过孔1034的轴线平行且间隔预设距离，多个介质层的第五过孔1035的轴线平行且间隔预设距离，第四过孔1034和第五过孔1035用于容纳金属柱，相邻介质层的第四过孔1034通过相邻介质层之间的金属层电连接，相邻介质层的第五过孔1035通过相邻介质层之间的金属层电连接。

多个介质层与第二辐射片对应的区域设置有第六过孔1036和第七过孔1037第六过孔1036和第七过孔1037连接，多个介质层的第六过孔1036的轴线平行且间隔预设距离，多个介质层的第七过孔的轴线平行且间隔预设距离，第六过孔1036和第七过孔1037用于容纳金属柱。其中，多个介质层中第一介质层的第四过孔1034与第六过孔1036或者第七过孔1037通过金属基板电连接，多个介质层中第一介质层的第五过孔1035与第六过孔1036或者第七过孔1037通过金属基板电连接，相邻介质层的第六过孔1036通过相邻介质层之间的金属层电连接，相邻介质层的第七过孔1037通过相邻介质层之间的金属层电连接。

其中，第四过孔和第五过孔的结构以及相对关系、第六过孔和第七过孔的结构以及相对关系可以参考上述实施例中的第一过孔和第二过孔的结构以及相对关系，不再赘述。

可选的，多个介质层中第一介质层的第四过孔与第六过孔通过金属基板电连接时，多个介质层的第四过孔和第六过孔形成的信号通路的长度与低频通带谐振点频率的半波长相同，从而实现天线小型化的目的。

可选的，多个介质层中第一介质层的第四过孔与第七过孔通过金属基板电连接时，多个介质层的第四过孔和第七过孔形成的信号通路的长度与低频通带谐振点频率的半波长相同，从而实现天线小型化的目的。

可选的，多个介质层中第一介质层的第五过孔与第六过孔通过金属基板电连接时，多个介质层的第五过孔和第六过孔形成的信号通路的长度与低频通带谐振点频率的半波长相同，从而实现天线小型化的目的。

可选的，多个介质层中第一介质层的第五过孔与第七过孔通过金属基板电连接时，多个介质层的第五过孔和第七过孔形成的信号通路的长度与低频通带谐振点频率的半波长相同，从而实现天线小型化的目的。

在本申请的另一个实施例中，本申请实施例提供的双极化滤波天线单元中，辐射层包括第一辐射片和第二辐射片，第一辐射片和第二辐射片以金属基板的中心为原点呈旋转对称分布。

可选的，第一辐射片和第二辐射片设置于金属基板的对称线的两侧。

其中，如图14所示，多个介质层在第一辐射片对应的区域内设置有多个彼此相连的第一短路柱结构1401，该多个彼此相连的第一短路柱结构的俯视示意图如图15所示，第一短路柱结构包括设置在各个介质层的第一调整过孔，第一调整过孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号，相邻介质层的第一调整过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接。

多个介质层在第二辐射片对应的区域内设置有多个彼此相连的第二短路柱结构，第二短路柱结构包括设置在各个介质层的第二调整过孔，第二调整过孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号，相邻介质层的第二调整过孔通过相邻介质层之间的金属层电连接。其中，该多个彼此相连的第一短路柱结构、多个彼此相连的第二短路柱结构可以等效为金属壁。

可选的，多个介质层的调整过孔的轴线可以重合。

可选的，多个介质层的调整过孔的轴线平行且间隔预设距离。

其中，电流信号从第一辐射片对应的多个短路柱结构通过金属基板流向第二辐射片对应的多个短路柱结构，并产生谐振，从而在低频产生一个新的辐射模式，大幅拓宽天线带宽；产生谐振的两个短路柱结构和金属基板形成的信号通路的长度为谐振点频率对应的波长的一半。

可选的，本申请实施例中，多个介质层中第一辐射片对应的区域内的第一过孔形成第一子信号通路，多个介质层中第一辐射片对应的区域内的第二过孔形成第二子信号通路，多个介质层中第一辐射片对应的区域内的金属壁形成第三子信号通路，该第一子信号通路、第二子信号通路和第三子信号通路相互作用产生谐振，从而从而形成辐射零点，使天线具有良好的带阻滤波效果。

在一种可选的实现方式中，如图14和图15所示，辐射层包括四个辐射片，各辐射片分别位于以金属基板的中心为原点的四个象限内。且，多个介质层的与金属基板的四个象限的边缘区域对应的区域内分别设置有多个调整过孔，调整过孔用于容纳金属柱，金属柱用于传输电流信号，第一介质层的位于同一象限内的多个调整过孔通过金属基板电连接。

在本申请的一个实施例中，提供一种双极化滤波天线阵列，该双极化滤波天线阵列包括阵列排布的双极化滤波天线单元，所述双极化滤波天线单元为上述实施例中所述的双极化滤波天线单元。

实例1

如图16和图17所示，其示出了一种小型化双频双极化毫米波滤波天线单元，包括电偶极子结构1、磁偶极子结构2、金属化过孔3、馈电结构4和金属基板5，电偶极子结构1与金属基板5之间设置有多个介质层。

其中，如图9所示，电偶极子结构1包括四个辐射片11，四个辐射片呈阵列分布，辐射片的结构不限于圆形、矩形、三角形或者扇形等。

如图15和图18所示，磁偶极子结构2包括金属条22，金属条22形成封闭区域，各个介质层与封闭区域对应的区域内设置有金属化过孔3，多个介质层的金属化过孔3的轴线平行且间隔预设距离。其中，通过调节金属化过孔3和金属条22的相对位置，可以延长电流信号的路径长度，从而实现低剖面设计。

如图18所示，多个介质层中，部分介质层的金属化过孔的孔径大于另一部分金属化过孔的孔径，可选的，多个介质层包括M个介质层，其中，靠近金属基本的N个介质层的金属化过孔的孔径大于远离金属基板的M-N个介质层的金属化过孔的孔径.。

如图19所示，本申请实施例中，各个介质层上设置有多对具有一定间隙的第一过孔311和第二过孔312，加载在金属基板的四个象限，以金属基板的中心呈旋转对称分布；当天线工作在0°极化方向上时，0°极化方向上相对设置的，由多个介质层的第一过孔311构成的第一信号通路和由多个介质层的第二过孔312构成的第二信号通路引起谐振，在低频产生一个新的辐射模式，将天线工作频带往低频移动；进一步地，第一信号通路和第二信号通路共同作用，不仅扩展了天线低频带宽，而且产生谐振，形成一个辐射零点，使天线具有良好的带阻滤波效果；进一步地，第一信号通路和第二信号通路以及它们中间金属基板上的电流信号的路径的长度之和，为辐射零点对应的半个波长长度；天线工作在90°极化方向上时，两者工作模式互易。

如图18所示，各介质层中以金属基板的中心为原点的两个极化方向上加载两对正交的第三过孔32；当天线工作在0°极化方向上时，0°极化方向上相对设置的，由多个介质层的第三过孔32构成的第三信号通路与旁边的第一信号通路和第二信号通路相互作用，第三信号通路和第一信号通路、第二信号通路产生谐振，在高频通带边缘产生两个辐射零点，从而使天线高频通带具有良好的带通滤波效果；天线工作在90°极化方向上时，两者工作模式互易。

如图20所示，馈电结构4包括两组正交放置的倒Г形馈电线，由垂直短路柱41、水平馈电线42和金属化过孔43构成倒Г形结构，与电偶极子结构1、磁偶极子结构2间隔设置，形成耦合；进一步地，金属化过孔43通过调整与金属基板间距，从而调整等效电容电感分量，一定程度上可扩展天线带宽；馈电结构4末端通过引出带状线馈电。

如图20所示，两个正交放置的水平馈电线42位于不同的叠层，从而实现较高的极化隔离度，需要说明的是，如果抬高较低的水平馈电线，天线在这个极化方向上的阻抗匹配会表现得更好，但天线的极化隔离会变差，为了使天线极化隔离和匹配都在可接受范围内，这里选择两个水平馈电线相隔距离为0.1mm。

本申请实施例中采用多层HDI工艺设计，天线稳定性较强，天线单元尺寸为3.2mm*3.2mm*0.84mm，实现了天线的小型化设计。

如图21所示，是本申请实施例提供的一种小型化双频双极化毫米波滤波天线的S参数图，从图中可见，天线两端口共有的阻抗匹配为25.7-30GHz、36.2-45GHz，覆盖了目前使用较多的n257、n259和n260频段，回波损耗均在-10dB以下，在双频通带内极化隔离度始终保持都在20dB以上。

如图22所示，是本申请实施例提供的一种小型化双频双极化毫米波滤波天线的增益曲线图，从图中可见，在双频通带内增益平稳，由于高频通带边缘引入了两个辐射零点，导致高频通带边缘增益降低，但在目前5G使用的26.5-29.5GHz和37-43.5GHz频带内天线增益在4.3dBi以上，如果增大地板尺寸到6.5mm，增益可提高至7dBi。

如图22所示，本申请实施例没有使用额外的滤波电路结构，在通带边缘产生了3个辐射零点，主要通过在特定位置加载短路柱结构实现，在3个零点的共同作用下实现了天线良好的带阻滤波效果，同时使天线高频通带实现了良好的带通滤波效果。

本发明实施具有如下优点：

（1）本发明结构简单，在传统磁电偶极子天线基础上，通过在介质层设置金属化过孔，形成第一信号通路和第二信号通路，其余金属基板共同作用，扩展了天线带宽，实现了天线小型化、多频带设计。

（2）本申请没有使用额外的滤波电路结构，通过在多个介质层与金属基板的四个象限内分别设置第一过孔和第二过孔，从而在每个象限内形成第一信号通路和第二信号通路，四个象限内的第一信号通路和第二信号通路各自组合产生谐振，将电流集中到四个象限，彼此电场相互抵消，从而在阻带内产生辐射零点，使天线形成带阻滤波效果。多个介质层与以金属基板的中心为原点的两个极化方向上分别加载一对第三过孔，多个介质层的第三过孔形成的第三信号通路与四个象限中较近的第一信号通路和第二信号通路相互作用，从而在天线高频通带产生两个辐射零点，使天线的高频通带形成带通滤波效果。

（3）本申请基于HDI（英文：High Density Interconnector，中文：高密度互连技术）工艺加工封装，成本较低，可靠性强。

（4）该天线单元实现了性能优良的双极化辐射特性，天线交叉极化较低，波束宽度较宽，辐射方向图稳定。

实例2

如图23所示，本实施例提供了另一种小型化双频双极化毫米波滤波天线，该天线包括电偶极子结构10、磁偶极子结构20、短路柱结构301和302、馈电结构40和金属基板50。

如图23和图24所示，短路柱结构302包括多个彼此相连的短路柱，可进一步等效为金属墙，分布在金属地50的四个象限，以金属地中心呈旋转对称分布。当天线工作在0°极化方向上时，沿着0°极化方向，电流从一侧短路柱通过金属地流向另一侧短路柱，产生谐振，从而在低频产生一个新的辐射模式，大幅拓宽天线带宽；进一步地，两个短路柱及金属地上的电流路径长度为谐振点频率对应的波长的一半。当天线工作于90°极化方向上时，两者工作模式互易。

如图22所示，所述短路柱结构301在金属地每个象限内包括两个具有一定间隙的短路柱，与短路柱302间隔设置；进一步地，每个象限中两个短路柱共同作用，产生谐振，从而形成辐射零点，使天线具有良好的带阻滤波效果；在两个短路柱及中间金属地上电流路径长度之和为辐射零点对应的半个波长长度。

本实施例中，通过在天线四周加载短路柱结构，同一极化方向上两对短路柱共同作用，在低频产生新的辐射模式，从而拓展了天线低频带宽，实现了天线的小型化设计。

如图25所示，是本申请实施例提供的一种小型化双频双极化毫米波滤波天线的S参数图，从图中可见，天线两端口均可覆盖24-30GHz、37-43.5GHz，回波损耗在-10dB以下，在这两个频段内天线极化隔离度保持在20dB以上。

如图26所示，是本申请实施例提供的一种小型化双频双极化毫米波滤波天线的增益曲线图，从图中可见，天线在5G所用频段内增益平稳，低频增益保持在3.86dBi以上，高频增益保持在3.5dBi以上，相对地，如果增加天线地板尺寸到6.5mm，天线高频增益可达7dBi，；此外，在天线阻带存在一个辐射零点，该零点通过每个象限中一对短路柱301谐振产生，由此实现了良好的带阻滤波效果。

综上所述，本发明无需额外的滤波电路结构，实现了良好的带阻滤波效果，又在保证小型化的同时覆盖了两个宽频带，具备较佳的双频双极化辐射性能。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种双极化滤波天线单元，其特征在于，包括相对设置的金属基板和辐射层，所述金属基板和所述辐射层之间设置有多个介质层，相邻所述介质层之间设置有金属层，

各所述介质层包括第一过孔和第二过孔，所述多个介质层的所述第一过孔的轴线平行且间隔预设距离，所述多个介质层的所述第二过孔的轴线平行且间隔预设距离，所述第一过孔和所述第二过孔用于容纳金属柱，所述金属柱用于传输电流信号；

其中，相邻介质层的所述第一过孔通过所述相邻介质层之间的所述金属层电连接，所述相邻介质层的所述第二过孔通过所述相邻介质层之间的所述金属层电连接，所述多个介质层中的第一介质层的第一过孔与所述第一介质层的第二过孔通过所述金属基板电连接，所述多个介质层中的第二介质层的第一过孔与所述第二介质层的第二过孔分别与所述辐射层电连接，所述第一介质层为所述多个介质层中距离所述金属基板最近的介质层，所述第二介质层为所述多个介质层中距离所述辐射层最近的介质层；

其中，各所述介质层的所述第一过孔形成第一子通路，各所述介质层的所述第二过孔形成第二子通路，所述第一子通路和所述第二子通路产生谐振形成辐射零点，从而实现滤波功能。

2.根据权利要求1所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，所述辐射层包括多个辐射片，所述第一过孔、所述第二过孔分别与两个所述辐射片对应设置，

所述多个介质层与相邻两个所述辐射片之间的预留区域对应的区域设置有第三过孔，所述多个介质层的所述第三过孔的轴线平行且间隔预设距离，所述第三过孔用于容纳金属柱，所述第一介质层的第三过孔分别与所述第一介质层的第一过孔和所述第一介质层的第二过孔通过所述金属基板电连接，相邻介质层的所述第三过孔通过所述相邻介质层之间的所述金属层电连接。

3.根据权利要求2所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，所述第三过孔设置于所述多个介质层中的目标介质层中，所述目标介质层包括所述第一介质层。

4.根据权利要求1所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，

所述多个介质层包括M个介质层，靠近所述金属基板的N个介质层的第一过孔的孔径大于远离所述金属基板的M-N个介质层的第一过孔的孔径；靠近所述金属基板的N个介质层的第二过孔的孔径大于远离所述金属基板的M-N个介质层的第二过孔的孔径，M、N为整数，N小于M。

5.根据权利要求1所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，

所述多个介质层的所述第一过孔和所述第二过孔形成的信号通路的长度与所述双极化滤波天线单元的待滤除的信号的半波长相同。

6.根据权利要求1所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，所述辐射层包括第一辐射片和第二辐射片，所述第一辐射片和所述第二辐射片设置于所述金属基板的对称线的两侧，

所述多个介质层与所述第一辐射片对应的区域设置有第四过孔和第五过孔，所述第四过孔与所述第五过孔连接，所述多个介质层的所述第四过孔轴线平行且间隔预设距离，所述多个介质层的所述第五过孔的轴线平行且间隔预设距离，所述第四过孔与所述第五过孔用于容纳金属柱，相邻介质层的所述第四过孔通过所述相邻介质层之间的所述金属层电连接，相邻介质层的所述第五过孔通过所述相邻介质层之间的所述金属层电连接；

所述多个介质层与所述第二辐射片对应的区域设置有第六过孔和第七过孔，所述第六过孔和所述第七过孔连接，所述多个介质层的所述第六过孔轴线平行且间隔预设距离，所述多个介质层的所述第七过孔的轴线平行且间隔预设距离，所述第六过孔和所述第七过孔用于容纳金属柱，相邻介质层的所述第六过孔通过所述相邻介质层之间的所述金属层电连接，相邻介质层的所述第七过孔通过所述相邻介质层之间的所述金属层电连接；

其中，所述多个介质层中的第一介质层的所述第四过孔与所述第六过孔或者所述第七过孔通过所述金属基板电连接，所述多个介质层中的第一介质层的所述第五过孔与所述第六过孔或者所述第七过孔通过所述金属基板电连接。

7.根据权利要求2所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，

所述多个介质层与相邻两个所述辐射片之间的预留区域对应的区域设置有馈电孔，所述馈电孔用于容纳金属柱，

所述天线单元还包括第一馈线和第二馈线，所述第一馈线与所述第一介质层的馈电孔连接，所述第二馈线与所述第二介质层的馈电孔连接。

8.根据权利要求1所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，所述辐射层包括四个辐射片，各所述辐射片分别位于以所述金属基板的中心为原点的四个象限内。

9.根据权利要求2所述的双极化滤波天线单元，其特征在于，

所述辐射片形状为圆形、矩形、三角形或者扇形。

10.一种双极化滤波天线阵列，其特征在于，包括阵列排布的双极化滤波天线单元，所述双极化滤波天线单元为权利要求1-9中任一项所述的双极化滤波天线单元。

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