CN116247428B - 一种毫米波阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种毫米波阵列天线，属于通信技术领域，它包括呈阵列排布的毫米波天线单元，每个毫米波天线单元从上到下依次包括第一基板、第二基板和第三基板，第一基板和第二基板通过螺钉固定，第二基板和第三基板通过粘合层连接；在第一基板和第二基板上设置有毫米波平面天线；在第二基板上设置有基片集成波导腔体，在第二基板的底层设置有耦合槽，在第三基板的底层设置有馈电微带线。本发明将磁电偶极子天线和开槽的贴片天线组合在一起，阻抗带宽可以达到63.9%，极大的拓展了两种天线的带宽，整体天线阵列阻抗带宽可以达到53.7%，将开槽贴片天线与其他可以通过槽耦合馈电的结构组合实现多种辐射模式的组合，实现宽带辐射。

Description

一种毫米波阵列天线
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种毫米波阵列天线。
背景技术
随着通信技术的发展，平面毫米波天线和阵列的需求越来越大，主要是由于毫米波天线的尺寸较小，可以在有限的空间内实现大规模的阵列，从而提高了信号的方向性和增益；毫米波天线阵列可以实现波束成形和波束赋形技术，以适应复杂多变的无线传播环境，提高了信号的覆盖范围和质量；毫米波天线阵列可以与其他无源或者有源器件集成，实现一体化涉及，降低系统的复杂度和成本。
5G通信是一种具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，可以满足未来各方面对于通信技术的要求，5G通信有三大网络能力：增强型移动宽带（eMBB，简称带宽）、海量机器类通信（mMTC，简称大连接）及低时延高可靠通信（uRLLC，简称低时延）；毫米波贴片天线和磁电偶极子天线在5G通信中都有广泛的应用场景，毫米波贴片天线和磁电偶极子天线可以利用其小型化、集成化和多极化的优势，在5G基站、终端设备和无人机等领域提供高速率、高频谱效率和灵活性。
平面毫米波天线和阵列中贴片天线以及磁电偶极子天线是广泛应用的天线种类之一，但是现有贴片天线的Q值高，天线对频率变化的敏感度高，贴片天线的辐射场主要由表面波和空间波组成，表面波在介质板内传播，空间波在空气中传播，两者的相速度不同，导致带宽阻抗匹配难以实现，贴片天线的馈电方式和接地方式也会影响其带宽性能，如馈电探针、短路平面等；阻抗带宽较窄，一般可以通过增加基板的厚度来增大带宽，但在毫米波频段会导致表面波损失大，辐射效率降低，而且天线的形状受限于介质板的大小和形状，不易实现多频段或者宽频段的设计，除此之外，宽带的L形枝节耦合馈电和在贴片天线上开U形槽可以实现较宽的带宽，但是一般会造成交叉极化电平的恶化。而现有毫米波平面磁电偶极子天线的带宽较宽，主要是由于磁偶极子和电偶极子的互补原理，可以实现宽带的匹配，目前平面的毫米波磁电偶极子天线带宽最宽在50%左右，无法实现更宽的带宽，在形成阵列后一般由于馈电网络和单元之间的耦合会在单元带宽的基础上带宽再次减少，面对目前越来越复杂的通信系统，更大宽带的平面天线和阵列需求越来越大，迫切需要更大宽带的天线以实现宽带的大规模阵列。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种毫米波阵列天线，解决了现有毫米波天线存在的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种毫米波阵列天线，它包括呈阵列排布的毫米波天线单元，每个毫米波天线单元从上到下依次包括第一基板、第二基板和第三基板，第一基板和第二基板通过螺钉固定，第二基板和第三基板通过粘合层连接；
在第一基板和第二基板上设置有毫米波平面天线；在第二基板上设置有基片集成波导腔体，在第二基板的底层设置有耦合槽，在第三基板的底层设置有馈电微带线。
所述毫米波平面天线包括贴片天线和磁电偶极子天线，所述贴片天线印制在第一基板的底层，所述磁电偶极子天线印制在第一基板的顶层，贴片天线和磁电偶极子天线通过金属过孔连接。
每个毫米波天线单元的馈电微带线通过第二T形节连接组成1分4微带线馈电网络，4个1分4微带线馈电网络通过第一T形节连接组成1分16微带线馈电网络。
所述贴片天线的中间设置有一开槽，所述金属过孔设置在开槽的两侧；所述磁电偶极子天线包括两个贴片电偶极子组成，所述金属过孔设置在两个贴片电偶极子的内侧，两个贴片电偶极子通过金属过孔与贴片天线连接。
本发明具有以下优点：一种毫米波阵列天线，将磁电偶极子天线和开槽的贴片天线组合在一起组成毫米波平面天线，阻抗带宽可以达到63.9%，极大的拓展了两种天线的带宽，整体天线阵列阻抗带宽可以达到53.7%，将开槽贴片天线与其他可以通过槽耦合馈电的结构组合实现多种辐射模式的组合，实现宽带辐射。
附图说明
图1为本发明毫米波天线单元的3D爆炸结构示意图；
图2为毫米波平面天线的俯视结构示意图；
图3为毫米波天线单元的俯视结构示意图；
图4为本发明阵列天线的3D爆炸结构示意图；
图5为1分4微带线馈电网络示意图；
图6为1分16微带线馈电网络；
图中：1-第一基板，2-第二基板，3-第三基板，4-耦合槽，5-馈电微带线，6-基片集成波导腔体，7-贴片天线，8-磁电偶极子天线，9-金属过孔，10-贴片电偶极子，11-1分16微带线馈电网络，12-1分4微带线馈电网络，13-第一T形节，14-第二T形节。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明具体涉及一种毫米波阵列天线，能够实现53.7%的阻抗带宽，它包括呈阵列排布的毫米波天线单元，每个毫米波天线单元从上到下依次包括第一基板1、第二基板2和第三基板3，第一基板1和第二基板2通过螺钉固定，第二基板2和第三基板3通过粘合层连接；毫米波天线单元能实现22.86GHz-44.35GHz的63.9%阻抗带宽。
在第一基板1和第二基板2上设置有毫米波平面天线；在第二基板2上设置有基片集成波导腔体6，在第二基板2的底层设置有耦合槽4，在第三基板3的底层设置有馈电微带线5。
如图2和图3所示，毫米波平面天线包括贴片天线7和磁电偶极子天线8，所述贴片天线7印制在第一基板1的底层，所述磁电偶极子天线8印制在第一基板1的顶层，贴片天线7和磁电偶极子天线8通过金属过孔9连接。
进一步地，贴片天线7的中间设置有一开槽，金属过孔9设置在开槽的两侧；磁电偶极子天线8包括两个贴片电偶极子10组成，所述金属过孔9设置在两个贴片电偶极子10的内侧，两个贴片电偶极子10通过金属过孔9与贴片天线7连接。
如图4-图6所示，每个毫米波天线单元的馈电微带线5通过第二T形节14连接组成1分4微带线馈电网络12，4个1分4微带线馈电网络12通过第一T形节13连接组成1分16微带线馈电网络11。阵列天线中毫米波天线单元之间的间距可以根据需要调整。由于天线单元可以实现宽带匹配，所以阵列中毫米波天线单元可以保持不变也可实现宽带的高增益辐射。
本发明将磁电偶极子天线8和贴片天线7组合在一起，将两种谐振模式合并在一起实现了更宽带的辐射，馈电结构采用微带线的耦合槽4馈电，低频时主要辐射模式是贴片天线7，此时磁电偶极子天线8相当于加载在贴片天线7上的寄生单元使贴片天线7带宽增加，在高频段贴片天线可以看作磁电偶极子天线8的地，耦合槽4通过开槽的贴片天线7激励磁电偶极子天线8辐射，两种天线组合实现了超宽带辐射。基片集成波导腔体6的使用主要是为了减小表面波影响，改善天线的匹配并提高天线的增益。同时可以降低在组成阵列时天线单元之间的耦合。一般贴片天线设计在低频段既可以在低频段实现辐射模式，还可以为磁电偶极子天线8形成较大的地。
进一步地，基于此原理，磁电偶极子天线8可以更换为其他槽耦合结构与贴片天线7配合，实现宽带辐射，将贴片天线的辐射模式和其他天线的辐射模式组合在一起，并不限定为磁电偶极子天线8。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种毫米波阵列天线，其特征在于：它包括呈阵列排布的毫米波天线单元，每个毫米波天线单元从上到下依次包括第一基板（1）、第二基板（2）和第三基板（3），第一基板（1）和第二基板（2）通过螺钉固定，第二基板（2）和第三基板（3）通过粘合层连接；
在第一基板（1）和第二基板（2）上设置有毫米波平面天线；在第二基板（2）上设置有基片集成波导腔体（6），基片集成波导腔体（6）顶层开口面积大于毫米波平面天线，在第二基板（2）的底层设置有耦合槽（4），在第三基板（3）的底层设置有馈电微带线（5）；
所述毫米波平面天线包括贴片天线（7）和磁电偶极子天线（8），所述贴片天线（7）印制在第一基板（1）的底层，所述磁电偶极子天线（8）印制在第一基板（1）的顶层，贴片天线（7）和磁电偶极子天线（8）通过金属过孔（9）连接；
所述贴片天线（7）的中间设置有一开槽，所述金属过孔（9）设置在开槽的两侧，所述磁电偶极子天线（8）包括两个贴片电偶极子（10）组成，所述金属过孔（9）设置在两个贴片电偶极子（10）的内侧，两个贴片电偶极子（10）通过金属过孔（9）与贴片天线（7）连接。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波阵列天线，其特征在于：每个毫米波天线单元的馈电微带线（5）通过第二T形节（14）连接组成1分4微带线馈电网络（12），4个1分4微带线馈电网络（12）通过第一T形节（13）连接组成1分16微带线馈电网络（11）。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117239426B (zh) * 2023-11-07 2024-01-23 微网优联科技(成都)有限公司 一种基于磁电偶极子的圆极化卫星天线

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06338717A (ja) * 1993-03-30 1994-12-06 Mitsubishi Electric Corp アンテナ装置およびアンテナシステム
CN108933327A (zh) * 2018-06-08 2018-12-04 西安电子科技大学 一种改进的宽带微带天线单元
CN110380218A (zh) * 2019-05-17 2019-10-25 东南大学 一种圆极化平面基片集成磁电偶极子天线及其阵列
CN111342216A (zh) * 2020-03-11 2020-06-26 中天宽带技术有限公司 波束宽度可重构天线
CN112582808A (zh) * 2020-11-13 2021-03-30 华南理工大学 一种适用于毫米波5g通信的宽带蝶形贴片天线阵列
CN112838365A (zh) * 2020-12-29 2021-05-25 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) 一种圆极化基片集成波导磁电偶极子天线及其阵列
CN114498030A (zh) * 2022-01-26 2022-05-13 华南理工大学 基于多路径抵消的多频高隔离毫米波相控阵列天线
CN114566794A (zh) * 2022-03-11 2022-05-31 厦门大学 一种5g毫米波双极化磁电偶极子滤波天线
CN114784492A (zh) * 2022-04-20 2022-07-22 曲阜师范大学 一种小型化siw高增益磁电偶极子天线阵列

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11271322B2 (en) * 2020-06-01 2022-03-08 City University Of Hong Kong Substrate integrated waveguide fed antenna
US11955733B2 (en) * 2021-09-02 2024-04-09 City University Of Hong Kong Millimeter-wave end-fire magneto-electric dipole antenna

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06338717A (ja) * 1993-03-30 1994-12-06 Mitsubishi Electric Corp アンテナ装置およびアンテナシステム
CN108933327A (zh) * 2018-06-08 2018-12-04 西安电子科技大学 一种改进的宽带微带天线单元
CN110380218A (zh) * 2019-05-17 2019-10-25 东南大学 一种圆极化平面基片集成磁电偶极子天线及其阵列
CN111342216A (zh) * 2020-03-11 2020-06-26 中天宽带技术有限公司 波束宽度可重构天线
CN112582808A (zh) * 2020-11-13 2021-03-30 华南理工大学 一种适用于毫米波5g通信的宽带蝶形贴片天线阵列
CN112838365A (zh) * 2020-12-29 2021-05-25 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) 一种圆极化基片集成波导磁电偶极子天线及其阵列
CN114498030A (zh) * 2022-01-26 2022-05-13 华南理工大学 基于多路径抵消的多频高隔离毫米波相控阵列天线
CN114566794A (zh) * 2022-03-11 2022-05-31 厦门大学 一种5g毫米波双极化磁电偶极子滤波天线
CN114784492A (zh) * 2022-04-20 2022-07-22 曲阜师范大学 一种小型化siw高增益磁电偶极子天线阵列

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A 1-Bit Phase-Reconfigurable Magneto-Electric Dipole Antenna with Wide Beamwidth;Guobiao Liu等;《2021 IEEE International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition (iWEM)》;全文 *

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