CN116387805B - 一种双极化毫米波天线及天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双极化毫米波天线及天线阵列，属于通信技术领域，它包括从上到下依次设置的第一基板、第二基板和第三基板，所述第一基板和第二基板通过螺钉固定，所述第二基板和第三基板通过粘合层粘合；在所述第一基板上设置有交叉槽激励的磁电偶极子天线，在第二基板内设置有基片集成波导腔体，以及在第二基板的底层设置有双极化耦合槽，在第三基板的顶层印制有第一极化馈电枝节，在第三基板的底层印制有第二极化馈电枝节，第一极化馈电枝节连接1分4馈电网络，第二极化馈电枝节连接1分2馈电网络。本发明将双极化的贴片天线和磁电偶极子天线结合在了一起，实现了高隔离度的宽带双极化辐射；通过利用巴伦的特性，实现了自身的高隔离度。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种双极化毫米波天线及天线阵列。
背景技术
随着5G移动通信网络的发展，其超宽带，超高速度，超低延时的特点越来越方便人们的生活。为了实现这些特点，5G需要采用一些关键技术，其中之一就是大规模MIMO技术。大规模MIMO技术是指基站使用几十上百根天线，形成天线阵列，通过波束赋形和波束跟踪技术，实现空间多址和高频谱效率。双极化天线阵列是一种常用的大规模MIMO天线结构，它可以在同一个方向上同时发送或接收两个正交的电磁波 。双极化天线阵列可以提高信道容量和频谱利用率；可以降低干扰和噪声；可以增加覆盖范围和信号质量；可以节省成本和空间。因此，双极化天线阵列在5G中起着至关重要的作用。
常见的双极化天线有贴片天线、交叉槽激励的磁电偶极子天线和交叉偶极子天线，贴片天线设计简单，剖面较低，可以很方便的与平面电路集成在一起，交叉槽激励的磁电偶极子天线和交叉偶极子天线可以实现较宽的带宽，但是剖面较高且馈电网络比较复杂；而且传统的贴片天线Q值较高，很难实现宽带辐射，虽然有增加寄生贴片，L形耦合枝节馈电和U形开槽的拓展带宽的方式，但L形耦合枝节馈电方式很难在低成本的PCB工艺下实现双极化辐射，U形开槽很难实现对称的双极化辐射，添加寄生贴片在毫米波段很容易产生表面波，组成阵列时出现阵元耦合严重的问题而降低天线的隔离度；而传统磁电偶极子和交叉偶极子天线一般采用探针耦合馈电，导致隔离度较低，在一些通信应用中难以适用，虽然通过多层耦合馈电可以提升隔离度，但是带宽会大大降低；而传统双极化阵列馈电网络一般分为两层，一层电路激励一个极化，可以很方便的对两个极化的馈电网络分别设计，但是一般天线单元的隔离度较差，会导致阵列的隔离度下降，在同一层实现双极化馈电的一半馈线需要精心设计，扩展为大规模阵列会很困难，且由于为了避免两个极化的馈电线交叉会有很多弯折导致损耗增加。
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，提供了一种双极化毫米波天线及天线阵列，解决了现有双极化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：一种双极化毫米波天线，它包括从上到下依次设置的第一基板、第二基板和第三基板，所述第一基板和第二基板通过螺钉固定，所述第二基板和第三基板通过粘合层粘合；
在所述第一基板上设置有交叉槽激励的磁电偶极子天线，在第二基板内设置有基片集成波导腔体，以及在第二基板的底层设置有双极化耦合槽，在第三基板的顶层印制有第一极化馈电枝节，在第三基板的底层印制有第二极化馈电枝节，第一极化馈电枝节连接1分4馈电网络，第二极化馈电枝节连接1分2馈电网络。
所述交叉槽激励的磁电偶极子天线包括交叉槽贴片天线和磁电偶极子天线，磁电偶极子天线由四个电偶极子组成，所述交叉槽贴片天线印制在所述第一基板的底层，在交叉槽贴片天线中设置有一十字型交叉槽，四个电偶极子印制在所述第一基板的顶层且位于交叉槽贴片天线的正上方，每个电偶极子通过金属过孔与交叉槽贴片天线集成在一起。
一种双极化毫米波天线阵列，它包括多个双极化毫米波天线，多个双极化毫米波天线呈田字型设置在巴伦腔体内，在巴伦腔体外设置有巴伦耦合槽，在巴伦耦合槽的两端分别印制有巴伦差分输出枝节和巴伦单端输入枝节；
所述第一极化馈电枝节通过通孔传输到第三基板的底层与印制在第三基板底层的第一T形节连接，第一T形节与1分4馈电网络连接，实现第一极化馈电；
所述第二极化馈电枝节与巴伦差分输出枝节连接，巴伦差分输出枝节通过巴伦耦合槽将信号耦合到巴伦单端输入枝节，巴伦单端输入枝节与第二T形节连接，第二T形节与1分2馈电网络连接，实现第二极化馈电。
在所述巴伦腔体的外围设置有提升天线增益的阵列金属腔体，并通过设置在阵列金属腔体四角上的定位孔进行固定。
本发明具有以下优点：一种双极化毫米波天线及天线阵列，将双极化的贴片天线和磁电偶极子天线结合在了一起，实现了高隔离度的宽带双极化辐射；通过利用巴伦的特性，实现了自身的高隔离度，即使天线单元的隔离度较差也基本不受影响。利用此馈电网络实现了一个宽带高隔离度的双极化阵列。
附图说明
图1为本发明双极化毫米波天线的3D爆炸示意图；
图2为交叉槽激励的磁电偶极子天线的俯视示意图；
图3为双极化毫米波天线阵列的3D爆炸示意图；
图4为巴伦差分输出枝节与巴伦单端输入枝节的耦合示意图；
图5为第一T行节和第二T形节的示意图；
图6为双极化馈电网络的示意图；
图中：1-第一基板，2-第二基板，3-粘合层，4-第三基板，5-交叉槽激励的磁电偶极子天线，6-双极化耦合槽，7-基片集成波导腔体，8-第一极化馈电枝节，9-第二极化馈电枝节，10-交叉槽贴片天线，11-电偶极子，12-金属过孔，13-阵列金属腔体，14-定位孔，15-巴伦腔体，16-巴伦耦合槽，17-巴伦差分输出枝节，18-巴伦单端输入枝节，19-第一T形节，20-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，本发明其中一种实施方式涉及一种双极化毫米波天线，它包括从上到下依次设置的第一基板1、第二基板2和第三基板4，所述第一基板1和第二基板2通过螺钉固定，所述第二基板2和第三基板4通过粘合层3粘合；
在所述第一基板1上设置有交叉槽激励的磁电偶极子天线5，在第二基板2内设置有基片集成波导腔体7，以及在第二基板2的底层设置有双极化耦合槽6，在第三基板4的顶层印制有第一极化馈电枝节8，在第三基板4的底层印制有第二极化馈电枝节9，第一极化馈电枝节8连接1分4馈电网络，第二极化馈电枝节9连接1分2馈电网络。
进一步地，如图2所示，交叉槽激励的磁电偶极子天线5包括交叉槽贴片天线10和磁电偶极子天线，磁电偶极子天线由四个电偶极子11组成，所述交叉槽贴片天线10印制在所述第一基板1的底层，在交叉槽贴片天线10中设置有一十字型交叉槽，四个电偶极子11印制在所述第一基板1的顶层且位于交叉槽贴片天线10的正上方，每个电偶极子11通过金属过孔12与交叉槽贴片天线10集成在一起。
其中，开设的十字型交叉槽的交叉槽贴片天线10既充当了低频的辐射体，也作为磁电偶极子天线的地，在低频段时主要辐射模式为交叉槽贴片天线10，高频段时磁电偶极子天线提供了高频段的辐射模式，两种双极化天线的组合实现了宽带的双极化辐射，两种极化的馈电网络分别实现在第三基板4的顶层和底层可以尽量提升隔离度。
如图3所示，本发明的另一种实施方式涉及一种双极化毫米波天线阵列，其覆盖的带宽范围超过了24GHz-40GHz，它包括4个双极化毫米波天线，4个双极化毫米波天线呈田字型设置在巴伦腔体15内，在巴伦腔体15外设置有巴伦耦合槽16，在巴伦耦合槽16的两端分别印制有巴伦差分输出枝节17和巴伦单端输入枝节18；其中，巴伦腔体15的作用是减少微带巴伦的辐射损耗。
如图4-图6所示，第一极化馈电枝节8通过通孔传输到第三基板4的底层与印制在第三基板4底层的第一T形节19连接，第一T形节19与1分4馈电网络连接，实现第一极化馈电；
第二极化馈电枝节9与巴伦差分输出枝节17连接，巴伦差分输出枝节17通过巴伦耦合槽16将信号耦合到巴伦单端输入枝节18，巴伦单端输入枝节18与第二T形节20连接，第二T形节20与1分2馈电网络连接，实现第二极化馈电；两种不同的馈电网络组合可以实现很高的计划端口隔离度。
在所述巴伦腔体15的外围设置有提升天线增益的阵列金属腔体13，并通过设置在阵列金属腔体13四角上的定位孔14进行固定。
如图6所示，以第一极化馈电枝节8举例，端口1馈电时。第一极化馈电枝节8的信号通过1分4馈电网络同相激励天线单元，此时会有一部分能量耦合到没个单元的另一个极化的馈电上，此时四个第二极化馈电枝节9上是同相的信号，但第二极化馈电枝节9的馈电网络在巴伦耦合槽16处会进行差分单端转换，相当于此时端口二无法接收到同相的信号，在巴伦差分输出枝节17，两个同相的信号很难传输到巴伦单端输入枝节18，从而提升了阵列两个端口的隔离度。反过来端口2激励时也相同。此馈电网络的主要优势在与：在实现了宽带双极化馈电的同时实现了自身的高隔离度，而对天线单元的隔离度要求不高，即使天线单元的隔离度较差，在阵列里端口的隔离度也会很高。
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 (3)
1.一种双极化毫米波天线，其特征在于：它包括从上到下依次设置的第一基板（1）、第二基板（2）和第三基板（4），所述第一基板（1）和第二基板（2）通过螺钉固定，所述第二基板（2）和第三基板（4）通过粘合层（3）粘合；
在所述第一基板（1）上设置有交叉槽激励的磁电偶极子天线（5），在第二基板（2）内设置有基片集成波导腔体（7），以及在第二基板（2）的底层设置有双极化耦合槽（6），在第三基板（4）的顶层印制有第一极化馈电枝节（8），在第三基板（4）的底层印制有第二极化馈电枝节（9），第一极化馈电枝节（8）连接1分4馈电网络，第二极化馈电枝节（9）连接1分2馈电网络；
所述交叉槽激励的磁电偶极子天线（5）包括交叉槽贴片天线（10）和磁电偶极子天线，磁电偶极子天线由四个电偶极子（11）组成，所述交叉槽贴片天线（10）印制在所述第一基板（1）的底层，在交叉槽贴片天线（10）中设置有一十字型交叉槽，四个电偶极子（11）印制在所述第一基板（1）的顶层且位于交叉槽贴片天线（10）的正上方，每个电偶极子（11）通过金属过孔（12）与交叉槽贴片天线（10）集成在一起。
2.一种双极化毫米波天线阵列，其特征在于：它包括多个如权利要求1所述的双极化毫米波天线，多个双极化毫米波天线呈田字型设置在巴伦腔体（15）内，在巴伦腔体（15）外设置有巴伦耦合槽（16），在巴伦耦合槽（16）的两端分别印制有巴伦差分输出枝节（17）和巴伦单端输入枝节（18）；
所述第一极化馈电枝节（8）通过通孔传输到第三基板（4）的底层与印制在第三基板（4）底层的第一T形节（19）连接，第一T形节（19）与1分4馈电网络连接，实现第一极化馈电；
所述第二极化馈电枝节（9）与巴伦差分输出枝节（17）连接，巴伦差分输出枝节（17）通过巴伦耦合槽（16）将信号耦合到巴伦单端输入枝节（18），巴伦单端输入枝节（18）与第二T形节（20）连接，第二T形节（20）与1分2馈电网络连接，实现第二极化馈电。
3.根据权利要求2所述的一种双极化毫米波天线阵列，其特征在于：在所述巴伦腔体（15）的外围设置有提升天线增益的阵列金属腔体（13），并通过设置在阵列金属腔体（13）四角上的定位孔（14）进行固定。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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