CN113690634B - 一种基于siw馈电的紧凑5g双频带毫米波线阵天线 - Google Patents

一种基于siw馈电的紧凑5g双频带毫米波线阵天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线,应用于5G毫米波通信，包括多层SIW功率分配器、偶极子缝隙组合双频天线。功分网络中在SIW的金属层上开横缝用于切割表面电流，使内部传导的电磁波能通缝隙耦合至上一层。功分网络的基本结构类似于T型节功率分配器，采用三级级联的方式对8个天线单元进行馈电。综合考虑损耗与匹配设计了低频偶极子模式和高频缝隙模式复合的双频天线作为天线单元。实现了线阵天线结构的小型化和紧凑化。

Description

一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线。
背景技术
在5G移动通信中，毫米波多频段的频谱分配导致基站天线的种类和数量的大幅增加，为实现5G频谱资源和空间资源的充分利用，提升频段选用灵活性，实现紧凑的5G双频带毫米波阵列天线对于5G移动通信十分重要。
基片集成波导(SIW)结构可以非常方便地将有源器件和无源器件集成在一块介质板上，由于没有传输线作为馈电结构，从而大幅减小了能量损耗和传输线的互耦情况。采用SIW作为馈电结构可以减少由复杂馈电网络带来的天线性能影响。在5G毫米波通信下，运用SIW馈电对实现天线阵列的高集成度、体积微型化具有十分重要的意义。但由于目前SIW功率分配器形式以单层“T型节”和“Y型节”为主，占用平面空间巨大，不便于天线整列集成，特别是线阵天线。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线，包括用于馈电的多层SIW功率分配器以及多组偶极子缝隙组合双频天线，所述多层SIW功率分配器通过缝隙和金属盲孔与所述多组偶极子缝隙组合双频天线相连。
上述方案的有益效果是，有效实现了5G频谱资源和空间资源的充分利用，提升了频段选用灵活性。设计的多层SIW功率分配器大幅缩小了目前常用SIW功率分配器的水平面内尺寸，实现了小型化便于集成，也有效减少了复杂馈电网络带来的天线性能影响。
进一步的，所述用于馈电的多层SIW功率分配器包括多层结构且每层结构厚度各不相同，自下向上依次为能量输入层、第一级能量输出层、第二级能量输出层、第三能量输出层。
上述进一步方案的有益效果是，说明基本的阻抗匹配欧特征，有限尺寸内实现良好匹配。
进一步的，所述用于馈电的多层SIW功率分配器的每层结构相同，其中从下至上次依次包括介质基板、下层金属板、上层金属板，其中最下层的SIW功率分配器的介质基板下方设置接底板，最上层的SIW功率分配器的上方设置介质板，所述介质板上方设置偶极子缝隙组合双频天线。
上述进一步方案的有益效果是，简化馈电网络整体结构，便于整体系统化设计。
所述用于馈电的多层SIW功率分配器其下层SIW功率分配器的厚度与上层SIW功率分配器的厚度比值取值区间为[0.5，4]。
上述进一步方案的有益效果是，给出结构获得良好阻抗匹配范围，便于实现最佳匹配。
进一步的，所述介质基板和介质板均为PCB板，所述下层金属板和上层金属板为覆铜板。
进一步的，所述用于馈电的多层功率分配器其靠近短路端的位置设置横缝，用于能量耦合。
上述进一步方案说明馈电形式以及馈电原理。
进一步的，所述多组偶极子缝隙组合双频天线中每组偶极子缝隙组合双频天线均为镜相对称的偶极子缝隙组合双频天线单元。
上述进一步方案的有益效果是，匹配馈电网络，实现良好的辐射性能。
进一步的，所述镜相对称的偶极子缝隙组合双频天线单元为U形，其外角为倒角，内角为直角。
上述进一步方案说明偶极子缝隙组合双频天线单元呈特定形状，在天线设计考虑范围内。
进一步的，所述每组偶极子缝隙组合双频天线单元之间设置多个金属盲孔，金属盲孔与所述横缝之间保持设定距离。
上述进一步方案的有益效果是，实现功分与天线的阻抗匹配，实现较高总体工作效率。
附图说明
图1为本发明基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线整体结构示意图。
图2为本发明提供的基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线分解后多层SIW功分结构示意图。
图3为本发明提供的基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线分解后镜像对称的偶极子缝隙组合双频天线单元结构示意图。
图4为本发明提供的基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线分解后金属化盲孔与金属板与介质基板直接的关系结构示意图。
图标：1-镜像对称的偶极子缝隙组合双频天线单元；2-多层SIW功率分配器；3-横缝；4-金属化盲孔；5-金属板；6-介质基板。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线，如图1-图4所示，包括用于馈电的多层SIW功率分配器以及多组偶极子缝隙组合双频天线，所述多层SIW功率分配器通过缝隙和金属盲孔与所述多组偶极子缝隙组合双频天线相连。
其中，用于馈电的多层SIW功率分配器包括多层结构且每层结构厚度各不相同，本实施例里以4层结构为例，用于馈电的多层SIW功率分配器2共有4层，每层SIW功率分配器包括介质基板6、上层金属板5、下层金属板5，其中所述最下层的SIW功分器的介质基板6下方设有接地板，上层金属板5上方是第二层SIW功分器的介质基板，然后再上层是第二层SIW功分器的下层金属板5，依次叠加组成4层SIW功分器，各层介质基板6和金属板5长度和宽度保持一致。
所述多层SIW功分器2的最上层金属板上方设有介质板，介质板上方是多组偶极子缝隙组合双频天线，每组偶极子缝隙组合双频天线均为镜相对称的偶极子缝隙组合双频天线单元，本实施例里，偶极子缝隙组合双频天线单元为U形，其外角为倒角，内角为直角。
所述多层SIW功分器2最上层和镜像对称的偶极子缝隙组合双频天线单元1之间各有3个金属化盲孔4，金属化盲孔4与横缝3之间的距离对天线的高频谐振点有重要的影响，对低频谐振点基本无影响，下表显示金属化盲孔与横缝之间的距离不同时，天线的高频谐振点的变化。
序号 金属化盲孔4与横缝3的距离 谐振频点
1 0.1 36.7GHz
2 0.2 36.1GHz
3 0.3 37.7GHz
在本实施例中，馈电端位于多层SIW功分器最下层，能量在第一层SIW功分器中一分为二耦合到第二层SIW功分器中，第二层SIW功分器然后又将能量一分为二耦合到第三层SIW功分器中，第三层SIW功分器然后又将能量一分为二耦合到最上层，最上层SIW功分器将能量耦合到上层均匀分布的偶极子贴片天线阵列，从而实现能量的均等分配，不会造成相位偏差，不会使得最终的方向图发生偏差。SIW所开横缝产生高频辐射，偶极子天线产生低频辐射，从而实现5G双频带。
本发明结构简单，仅用多层SIW功率分配器2和镜像对称的偶极子缝隙组合双频天线单元1便实现了5G双频段，大幅缩减了天线水平面内尺寸，对5G移动通信有重要的意义。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线，其特征在于，包括用于馈电的多层SIW功率分配器以及多组偶极子缝隙组合双频天线，所述多层SIW功率分配器通过缝隙和金属盲孔与所述多组偶极子缝隙组合双频天线相连；
所述用于馈电的多层SIW功率分配器包括多层结构且每层结构厚度各不相同，自下向上依次为能量输入层、第一级能量输出层、第二级能量输出层、第三级能量输出层；
所述用于馈电的多层SIW功率分配器其下层SIW功率分配器的厚度与上层SIW功率分配器的厚度比值取值区间为[0.5，4]；
所述用于馈电的多层SIW功率分配器的每层结构相同，其中从下至上次依次包括下层金属板、介质基板、上层金属板，其中最下层的SIW功率分配器的介质基板下方设置接地板，最上层的SIW功率分配器的上方设置介质板，所述介质板上方设置偶极子缝隙组合双频天线；
所述用于馈电的多层SIW功率分配器其靠近短路端的位置设置横缝用于能量耦合，所述每组偶极子缝隙组合双频天线单元之间设置多个金属盲孔，金属盲孔与所述横缝之间保持设定距离，SIW所开横缝产生高频辐射，偶极子天线产生低频辐射，实现5G双频带。
2.根据权利要求1所述的一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线，其特征在于，所述介质基板和介质板均为PCB板，所述下层金属板和上层金属板为覆铜板。
3.根据权利要求1所述的一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线，其特征在于，所述多组偶极子缝隙组合双频天线中每组偶极子缝隙组合双频天线均为镜相对称的偶极子缝隙组合双频天线单元。
4.根据权利要求3所述的一种基于SIW馈电的紧凑5G双频带毫米波线阵天线，其特征在于，所述镜相对称的偶极子缝隙组合双频天线单元为U形，其外角为倒角，内角为直角。
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