CN114597644B - 28GHz毫米波双极化天线及其阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种28GHz毫米波双极化天线包括多层基板、矩形金属板、H形槽孔、第一馈线以及第二馈线。多层基板具有依次五层，在第五层的矩形金属板为辐射体。H形槽孔位于矩形金属板之上且位于第二层，其包括第一直段、第二直段与第三直段，第二直段垂直连接第一、第三直段。第一馈线位于第一层，正交通过第二直段于第一层的投影位置并连接位于第一层的第一馈入网络，第一馈线的长度长于第一、三直段。第二馈线位于第四层并以贯孔连接位于第三层的第二馈入网络，正交通过第三直段于第四层的投影位置，且第二馈线不跨过第一馈线于第四层的投影位置。第二馈线与第三直段的距离大于第一馈线与第二直段的距离。本发明适于阵列配置的双极化天线。

Description

28GHz毫米波双极化天线及其阵列
技术领域
本发明涉及一种天线及其阵列，特别是一种28GHz毫米波双极化天线及其阵列。
背景技术
在5G通信技术兴起时，因应高数据量和实时传输响应需求，毫米波天线是必须使用到的技术方案，尤其毫米波天线阵列具有高增益与指向性可变的重要特性。传统的毫米波天线阵列实际上需要使用繁杂的相位控制与匹配电路，大幅度地增加电路成本与天线阵列产品的实体面积，也因此在制造成本上占用了相当大的一部分，传统的相位控制与匹配电路设计也占用了研发成本的重要部分，使得传统的天线阵列不但体积难以减少，研发成本也十分高昂。
国内外对于毫米波天线阵列仍大致沿用相同且规一的设计，相关行业的技术、工艺也并没有显著减少无线模块中的天线阵列系统整体所占用的成本比例。实质上，在产业发展趋势中是十分需要一种新颖且能降低成本的毫米波天线阵列。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种28GHz毫米波双极化天线，解决传统天线阵列体积过大、成本高的问题。本发明的另一任务在于提供一种28GHz毫米波双极化天线
本发明技术方案如下：一种28GHz毫米波双极化天线，包括多层基板，具有五层，依堆栈顺序为第一层、第二层、第三层、第四层与第五层；
矩形金属板，位于所述第五层，所述矩形金属板为辐射体；
H形槽孔，位于所述矩形金属板之上且位于所述第二层，所述H形槽孔包括第一直段、第二直段与第三直段，所述第二直段垂直连接所述第一直段的中间部分与所述第三直段的中间部分以构成H形；
第一馈线，位于所述第一层，正交通过所述第二直段的中间部分位于所述第一层的投影位置，所述第一馈线的长度长于所述第一直段与所述第三直段，所述第一馈线连接位于所述第一层的第一馈入网络；以及
第二馈线，位于所述第四层，正交通过所述第三直段于所述第四层的投影位置，且所述第二馈线不跨过所述第一馈线于所述第四层的投影位置，所述第二馈线以贯孔连接位于所述第三层的第二馈入网络，其中所述第二馈线与所述第三直段的距离大于所述第一馈线与所述第二直段的距离。
进一步地，所述第一馈线为第一极化的馈线，所述第二馈线为第二极化的馈线，所述第一极化与所述第二极化彼此正交，其中所述矩形金属板具有彼此相邻的第一侧边与第二侧边，所述第一侧边平行于所述第一极化的方向，所述第二侧边平行于所述第二极化的方向。
进一步地，所述第一馈线是直线型，所述第一极化的方向平行于所述第一馈线，所述第二馈线是直线型，所述第二极化的方向平行于所述第二馈线。
进一步地，所述第一层、所述第二层、所述第三层、所述第四层与所述第五层是相同厚度。
进一步地，所述多层基板还包括第六层，所述第六层位于所述第三层与所述第四层之间，所述第六层用以增加所述第二馈线与所述第三直段的距离。
进一步地，所述第二馈线的宽度比所述第一馈线的宽度更宽。
进一步地，所述H形槽孔的所述第二直段的宽度比所述第一直段的宽度更宽，所述第二直段的宽度比所述第三直段的宽度更宽。
进一步地，所述H形槽孔的所述第一直段与所述第三直段的宽度相同。
进一步地，所述H形槽孔的所述第一直段的第一端与所述矩形金属板的所述第二侧边贴齐，所述第三直段的第一端与所述矩形金属板的所述第二侧边贴齐。
本发明的另一技术方案是，一种28GHz毫米波双极化天线阵列，包括四个如上述的28GHz毫米波双极化天线，所述28GHz毫米波双极化天线以2×2阵列排列。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明天线及其阵列在天线本体不需要使用像贴片天线(patch antenna)的完整一整片接地面，且使用双馈线之后可达到双极化，矩形金属板及馈线的迭层结构特别适用于天线阵列，用途为使用于高增益，能够解决传统天线阵列体积过大的问题，具有很高的产业应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的28GHz毫米波双极化天线及其阵列在多层基板第一层的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的28GHz毫米波双极化天线及其阵列在多层基板第二层的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的28GHz毫米波双极化天线及其阵列在多层基板第三层的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的28GHz毫米波双极化天线及其阵列在多层基板第六层的结构示意图。
图5是本发明实施例提供的28GHz毫米波双极化天线及其阵列在多层基板第四层的结构的示意图。
图6是本发明实施例提供的28GHz毫米波双极化天线及其阵列在多层基板第五层的结构的示意图。
图7是本发明实施例提供的28GHz毫米波双极化天线的立体透视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请参照图1至图7，本发明实施例提供28GHz毫米波双极化天线包括多层基板1、矩形金属板2、H形槽孔3、第一馈线4以及第二馈线5。多层基板1具有五层，依堆栈顺序为第一层L1、第二层L2、第三层L3、第四层L4与第五层L5。图1至图3分别显示在第一层L1、第二层L2与第三层L3的结构。图5及图6分别是第四层L4与第五层L5的结构。图四是第六层LL的结构，第六层LL为非必要，仅用于方便调整阻抗匹配以及方便生产制造的用途。矩形金属板2在第五层L5，是辐射体。H形槽孔3在第二层L2，是用于耦合能量至辐射体。第一层L1具有第一馈线4及所连接的第一馈入网络4A，负责将第一极化方向的信号馈入至H形槽孔3。第二馈线5及所连接的第二馈入网络5A，负责将第二极化方向的信号馈入至H形槽孔，第二馈线5在第四层L4，第二馈入网络5A在第三层L3，另有一部分的第二馈入网络5A在第一层L1(用以方便制造及组装电路系统)。上述迭层结构的特色是适用于将此28GHz毫米波双极化天线制作于本发明实施例的双极化天线阵列。28GHz毫米波双极化天线的立体透视图如图7所示。详细结构将如以下所述：
参考图6，矩形金属板2位于第五层L5，矩形金属板2为辐射体，较佳为接近方形的金属板，例如是长度与宽度都分别为2.2毫米(mm)的金属辐射体。辐射体产生的辐射是朝多层基板1之外辐射，如果第一层L1是朝上，第五层L5是朝下，则产生的辐射是主要朝向下方。
参考图2，在金属平面30上制作H形槽孔3，也就是H形的开孔(挖槽)，在图中的金属平面30是长方形，其仅用以举例。金属平面30就是第一层Ll与第二层L2之间的金属线路层。H形槽孔3详细说明如下，H形槽孔3位于矩形金属板2之上且位于第二层L2，H形槽孔3包括第一直段31、第二直段32与第三直段33，上述的三个直段是直线段的简称，也就是直线型(长条型)的区段，以下皆以直段作为简称。第二直段32垂直连接第一直段31的中间部分与第三直段33的中间部分以构成H形。较佳的，H形槽孔的第二直段32的宽度比第一直段31的宽度更宽，第二直段32的宽度比第三直段33的宽度更宽，H形槽孔的第一直段31与第三直段33的宽度相同，第二直段32的宽度例如是0.3毫米(mm)，第一直段31与第三直段33的宽度例如是0.1毫米(mm)。另外，较佳的，H形槽孔的第一直段31的长度较佳的约为1.4毫米(mm)，使得第一直段31的中间部分(第二直段32所连接处)往两边的长度约为0.5毫米(mm)至0.6毫米(mm)。同理，H形槽孔的第三直段33的长度较佳的约为1.4毫米(mm)，使得第三直段33的中间部分(第二直段32所连接处)往两边的长度约为0.5毫米(mm)至0.6毫米(mm)。
参考图1及图7，第一馈线4位于第一层L1，正交通过第二直段32的中间部分位于第一层L1的投影位置，上述投影位置是正投影位置，后续描述的投影方式也是正投影，不做重复赘述。第一馈线4的长度长于第一直段31与第三直段33，也就是第一馈线4馈入的长度比H形的长边还长。第一馈线4连接位于第一层L1的第一馈入网络4A，如图1所示。
参考图3、图5及图7，第二馈线5位于第四层L4，正交通过第三直段33于第四层L4的投影位置，且第二馈线5不跨过第一馈线4于第四层L4的投影位置，第二馈线5以贯孔连接位于第三层L3的第二馈入网络5A。另外，图1的第一层L1的第二馈入网络5A是第三层L3的第二馈入网络5A的延伸，是用于方便电路系统组装时的焊接馈入之用。再者，当使用第六层LL时，第六层LL的贯孔P即显示第二馈线5与第二馈入网络5A所连接之用的贯孔通过处，第六层LL的用途将于后续说明。第二馈线5与第三直段33的距离大于第一馈线4与第二直段32的距离。由以上可知，位于第一层L1的第一馈入网络4A与位于第三层L3的第二馈入网络5A分别是位于H形槽孔3所在的金属平面30的相异两侧，可用于缩减馈入网络的绕线空间。
上述第一馈线4为第一极化的馈线，第二馈线5为第二极化的馈线，第一极化与第二极化彼此正交。矩形金属板2具有彼此相邻的第一侧边21与第二侧边22，第一侧边21平行于第一极化的方向，第二侧边22平行于第二极化的方向。第一馈线4是直线型，第一极化的方向平行于第一馈线4，第二馈线5是直线型，第二极化的方向平行于第二馈线5。参考图7，作为调适馈入的双极化信号的阻抗匹配，H形槽孔3的第一直段31的第一端311与矩形金属板2的第二侧边22贴齐，第三直段33的第一端331与矩形金属板2的第二侧边22贴齐。
第一层L1、第二层L2、第三层L3、第四层L4与第五层L5是相同厚度。多层基板1更可包括第六层LL，第六层LL位于第三层L3与第四层L4之间，第六层LL用以增加第二馈线5与第三直段33的距离。第六层LL的厚度例如与上述五层的厚度相同，以便利用电路板的六层板制程，简化制作与减少成本。基板例如使用RO4003，此为高频微波常用基板的一种，每一层的板厚例如是8密耳(mil)，约为0.2毫米(mm)。
较佳的，第二馈线5的宽度比第一馈线4的宽度更宽，第二馈线5的宽度例如是0.2毫米(mm)，第一馈线4的宽度例如是0.1毫米(mm)。因为是双极化馈入配置，此不同宽度的馈线配置用于调整馈入至辐射体(矩形金属板)的阻抗匹配。
依据上述，本发明实施例也提供一种28GHz毫米波双极化天线阵列，包括四个如前述之28GHz毫米波双极化天线，第一馈入网络4A有四个分支，第二馈入网络5A有四个分支。所述28GHz毫米波双极化天线以2×2阵列排列，作为辐射体的矩形金属板之间的横向与直向距离都为4.2毫米(mm)，使得其成为方形阵列。
综上所述，本发明实施例所提供的28GHz毫米波双极化天线及其阵列，在天线本体不需要使用像贴片天线(patch antenna)的完整一整片接地面(包括馈线、馈入网络、H形槽孔都非完整一整片的接地面)，且使用双馈线之后可达到双极化，矩形金属板及馈线的迭层结构特别适用于天线，用途为使用于高增益，具有很高的产业应用价值。

Claims (7)

1.一种28GHz毫米波双极化天线，其特征在于，包括：
多层基板，具有五层，依堆栈顺序为第一层、第二层、第三层、第四层与第五层；
矩形金属板，位于所述第五层，所述矩形金属板为辐射体；
H形槽孔，位于所述矩形金属板之上且位于所述第二层，所述H形槽孔包括第一直段、第二直段与第三直段，所述第二直段垂直连接所述第一直段的中间部分与所述第三直段的中间部分以构成H形；
第一馈线，位于所述第一层，正交通过所述第二直段的中间部分位于所述第一层的投影位置，所述第一馈线的长度长于所述第一直段与所述第三直段，所述第一馈线连接位于所述第一层的第一馈入网络；以及
第二馈线，位于所述第四层，正交通过所述第三直段于所述第四层的投影位置，且所述第二馈线不跨过所述第一馈线于所述第四层的投影位置，所述第二馈线以贯孔连接位于所述第三层的第二馈入网络，其中所述第二馈线与所述第三直段的距离大于所述第一馈线与所述第二直段的距离，
所述第二馈线的宽度比所述第一馈线的宽度更宽，所述H形槽孔的所述第二直段的宽度比所述第一直段的宽度更宽，所述第二直段的宽度比所述第三直段的宽度更宽，所述H形槽孔的所述第一直段与所述第三直段的宽度相同。
2.根据权利要求1所述的28GHz毫米波双极化天线，其特征在于，所述第一馈线为第一极化的馈线，所述第二馈线为第二极化的馈线，所述第一极化与所述第二极化彼此正交，其中所述矩形金属板具有彼此相邻的第一侧边与第二侧边，所述第一侧边平行于所述第一极化的方向，所述第二侧边平行于所述第二极化的方向。
3.根据权利要求2所述的28GHz毫米波双极化天线，其特征在于，所述第一馈线是直线型，所述第一极化的方向平行于所述第一馈线，所述第二馈线是直线型，所述第二极化的方向平行于所述第二馈线。
4.根据权利要求1所述的28GHz毫米波双极化天线，其特征在于，所述第一层、所述第二层、所述第三层、所述第四层与所述第五层是相同厚度。
5.根据权利要求4所述的28GHz毫米波双极化天线，其特征在于，所述多层基板还包括第六层，所述第六层位于所述第三层与所述第四层之间，所述第六层用以增加所述第二馈线与所述第三直段的距离。
6.根据权利要求2所述的28GHz毫米波双极化天线，其特征在于，所述H形槽孔的所述第一直段的第一端与所述矩形金属板的所述第二侧边贴齐，所述第三直段的第一端与所述矩形金属板的所述第二侧边贴齐。
7.一种28GHz毫米波双极化天线阵列，其特征在于，包括四个如权利要求1所述的28GHz毫米波双极化天线，所述28GHz毫米波双极化天线以2×2阵列排列。
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