CN210006915U - 一种毫米波阵列天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及阵列天线技术领域，特别涉及一种毫米波阵列天线，本方案通过在两个相邻的阵列天线单元之间设置谐振单元，设置的谐振单元能够吸收两个相邻的阵列天线所产生的耦合电场，通过采用阵列天线单元之间隔离，可以较好地抑制电场耦合；本方案设计的毫米波阵列天线可采用增加谐振点的方式来加大解耦的频率响应带宽，从而增大隔离度。

Description

一种毫米波阵列天线

技术领域

本实用新型涉及阵列天线技术领域，特别涉及一种毫米波阵列天线。

背景技术

天线是一种辐射器件，是把传播的导行波变换成空间的电磁波，其性能直接影响无线通信系统的性能。阵列天线是天线中一种具体的工程实现形式，可提高天线的增益和辐射方向性。传统的阵列天线阵列多用于高频毫米波频段，其天线阵列辐射单元之间的隔离度较低，导致互相耦合，严重影响阵列天线性能。目前一般采用在阵列馈电网络上加入隔离结构来提高整体的端口隔离度，此种方案未考虑阵列天线远场辐射的隔离度问题；另一种方案是采用在天线辐射单元之间加入空心凹槽来提高隔离度，但是采用此方案会增大天线后期加工的复杂度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够提高阵列隔离度的毫米波阵列天线。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种毫米波阵列天线，包括接地板，在所述接地板的表面依次层叠设置有介质板和多个阵列天线单元，多个所述阵列天线单元在所述介质板表面呈阵列分布，两个相邻的阵列天线单元之间设有谐振单元且所述谐振单元分别与对应的阵列天线单元之间均设有间距，所述谐振单元被配置为吸收所述阵列天线单元产生的耦合电场。

本实用新型的有益效果在于：

阵列天线单元之间存在耦合电场的产生会降低阵列天线的隔离度，从而影响到天线的性能，特别是辐射效率的降低，本方案通过在两个相邻的阵列天线单元之间设置谐振单元，设置的谐振单元能够吸收两个相邻的阵列天线所产生的耦合电场，通过采用阵列天线单元之间隔离，可以较好地抑制电场耦合；本方案设计的毫米波阵列天线可采用增加谐振点的方式来加大解耦的频率响应带宽，从而增大隔离度。

附图说明

图1为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的结构示意图；

图2为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的谐振单元的结构示意图；

图3为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的实施例二的结构示意图；

图4为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的实施例三的结构示意图；

图5为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的传统的阵列天线的俯视结构示意图；

图6为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的俯视结构示意图；

图7为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的俯视结构示意图；

图8为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的俯视结构示意图；

图9为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的抑制度-频点的曲线图；

图10为根据本实用新型的一种毫米波阵列天线的抑制度-频点的曲线图；

标号说明：

1-接地板；

2-介质板；

3-阵列天线单元；

4-谐振单元；401-中心部；402-第一折部；403-第二折部；404-第三折部；405-第四折部；406-第五折部；407-第六折部；408-第七折部。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：两个相邻的阵列天线单元之间设有谐振单元且所述谐振单元分别与对应的阵列天线单元之间均设有间距，所述谐振单元被配置为吸收所述阵列天线单元产生的耦合电场。

请参照图1至图10，本实用新型提供的技术方案：

一种毫米波阵列天线，包括接地板，在所述接地板的表面依次层叠设置有介质板和多个阵列天线单元，多个所述阵列天线单元在所述介质板表面呈阵列分布，两个相邻的阵列天线单元之间设有谐振单元且所述谐振单元分别与对应的阵列天线单元之间均设有间距，所述谐振单元被配置为吸收所述阵列天线单元产生的耦合电场。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：

阵列天线单元之间存在耦合电场的产生会降低阵列天线的隔离度，从而影响到天线的性能，特别是辐射效率的降低，本方案通过在两个相邻的阵列天线单元之间设置谐振单元，设置的谐振单元能够吸收两个相邻的阵列天线所产生的耦合电场，通过采用阵列天线单元之间隔离，可以较好地抑制电场耦合；本方案设计的毫米波阵列天线可采用增加谐振点的方式来加大解耦的频率响应带宽，从而增大隔离度。

进一步的，所述谐振单元包括第一折部、第二折部、第三折部、第四折部和截面形状呈十字形的中心部，所述第一折部、第二折部、第三折部和第四折部均为直线型，所述中心部、第一折部、第二折部、第三折部和第四折部均在同一平面上，所述第一折部、第二折部、第三折部和第四折部分别对称分布在所述中心部的四个端且所述第一折部的中心位置、第二折部的中心位置、第三折部的中心位置和第四折部的中心位置分别与所述中心部的四个端垂直连接。

由上述描述可知，谐振单元的要求是需要形成阻带来抑制耦合，第一折部、第二折部、第三折部和第四折部可以等效为四个电容，截面形状呈十字形的中心部等效为两个电感，从而形成了由四个电容和两个电感组成的谐振电路来产生阻带以抑制耦合。

进一步的，所述第一折部与所述第二折部相互平行设置，所述第三折部与所述第四折部相互平行设置，所述第一折部靠近中心部的一侧面的相对两端分别设有沿垂直方向延伸的第五折部和位于第五折部的自由端上的边沿，所述第二折部靠近中心部的一侧面的相对两端分别设有沿垂直方向延伸的第六折部和位于第六折部的自由端上的边沿，所述第五折部、第六折部、第一折部和第二折部均在同一平面上。

由上述描述可知，谐振单元的要求是需要形成阻带来抑制耦合，第一折部、第二折部、第三折部和第四折部可以等效为四个电容，第五折部和位于第五折部的自由端上的边沿以及第六折部和位于第六折部的自由端上的边沿可以等效为两个电容，截面形状呈十字形的中心部等效为两个电感，从而形成了由六个电容和两个电感组成的谐振电路来产生阻带以抑制耦合。

进一步的，所述第一折部、第二折部、第三折部、第四折部和中心部围成截面形状为田字形的结构，所述田字形的结构的四个格子中分别设有呈对称分布的第七折部，所述第七折部与所述中心部在同一平面上。

由上述描述可知，谐振单元的要求是需要形成阻带来抑制耦合，第一折部、第二折部、第三折部和第四折部围成一个截面形状为方形的结构可以等效为一个方形的电感，截面形状呈十字形的中心部等效为两个电感，四个格子中分别呈对称分布的第七折部可以等效为四个电容，从而形成了由四个电容、两个电感和一个方形电感组成的谐振电路来产生阻带以抑制耦合，且第一折部、第二折部、第三折部、第四折部、中心部和第七折部之间还存在一定的电磁耦合。

进一步的，所述谐振单元由多个微带线组合连接而成。

进一步的，两个相邻的阵列天线单元之间设置的谐振单元的数量为1个，所述谐振单元与对应的阵列天线单元的间距为三十二分之一的波长至十六分之一的波长。

由上述描述可知，当两个相邻的阵列天线单元之间设置的谐振单元的数量为1个时，将谐振单元与对应的阵列天线单元的间距设置为三十二分之一的波长至十六分之一的波长，能够使得谐振单元吸收更多的耦合电场，从而有效提高阵列天线单元之间的隔离度。

进一步的，两个相邻的阵列天线单元之间的间距为四分之一的波长。

进一步的，两个相邻的阵列天线单元之间设有两个相互级联的谐振单元。

由上述描述可知，在两个相邻的阵列天线单元之间设置两个相互级联的谐振单元，由于一个谐振单元能够产生一个频率抑制点，多个相互级联的谐振单元就能产生对应多个的频率抑制点(也是谐振点)，能够通过增加谐振点的方式来加大解耦的频率响应带宽，从而增大隔离度。

请参照图1和图2，本实用新型的实施例一为：

一种毫米波阵列天线，包括接地板1，在所述接地板1的表面依次层叠设置有介质板2和多个阵列天线单元3，多个所述阵列天线单元3在所述介质板2表面呈阵列分布，两个相邻的阵列天线单元3之间设有谐振单元4且所述谐振单元4分别与对应的阵列天线单元3之间均设有间距，所述谐振单元4被配置为吸收所述阵列天线单元3产生的耦合电场。

所述谐振单元4由多个微带线组合连接而成。

所述谐振单元4包括第一折部402、第二折部403、第三折部404、第四折部405和截面形状呈十字形的中心部401，所述第一折部402、第二折部403、第三折部404和第四折部405均为直线型，所述中心部401、第一折部402、第二折部403、第三折部404和第四折部405均在同一平面上，所述第一折部402、第二折部403、第三折部404和第四折部405分别对称分布在所述中心部401的四个端且所述第一折部402的中心位置、第二折部403的中心位置、第三折部404的中心位置和第四折部405的中心位置分别与所述中心部401的四个端垂直连接。

请参照图3，本实用新型的实施例二为：

实施例二与实施例一的区别在于：所述第一折部402与所述第二折部403相互平行设置，所述第三折部404与所述第四折部405相互平行设置，所述第一折部402靠近中心部401的一侧面的相对两端分别设有沿垂直方向延伸的第五折部406和位于第五折部406的自由端上的边沿，所述位于第五折部406的自由端上的边沿靠近所述中心部，所述第二折部403靠近中心部401的一侧面的相对两端分别设有沿垂直方向延伸的第六折部407和位于第六折部407的自由端上的边沿，所述位于第六折部407的自由端上的边沿靠近所述中心部，所述第五折部406、第六折部407、第一折部402和第二折部403均在同一平面上。

请参照图4，本实用新型的实施例三为：

实施例三与实施例一的区别在于：所述第一折部402、第二折部403、第三折部404、第四折部405和中心部401围成截面形状为田字形的结构，所述田字形的结构的四个格子中分别设有呈对称分布的第七折部408，所述第七折部408与所述中心部401在同一平面上。

上述三个实施例中的所述第一折部402、第二折部403、第三折部404、第四折部405、第五折部406和位于第五折部406的自由端上的边沿、第六折部407和位于第六折部407的自由端上的边沿、第七折部408以及中心部401均为微带线。

请参照图6至图8，两个相邻的阵列天线单元3之间设置的谐振单元4数量可以是一个或者是两个或者是两个以上，可以根据实际情况选择合适的设计方式；在两个相邻的阵列天线单元3之间设置两个相互级联的谐振单元4(请参照图8)。

当两个相邻的阵列天线单元3之间设置的谐振单元4的数量为1个(请参照图6，为阵列天线在俯视方向的结构示意图)，所述谐振单元4与对应的阵列天线单元3的间距(图7中用字母A标注的长度)为三十二分之一的波长至十六分之一的波长，用λ表示波长，即(λ/32)≤A≤(λ/16)。

两个相邻的阵列天线单元3之间的间距(图7中用字母B标注的长度)为四分之一的波长，即B＝(λ/4)。

一个谐振单元4的尺寸大小分别为图7中用字母C和D标注的长度，C的范围为：(λ/16)≤C≤(λ/8)，D的范围为：(λ/16)≤D≤(λ/4)。

本方案设计的阵列天线是毫米波，其工作频率是在毫米波的频率范围(300GHZ-30GHZ)内，其波长的大小也是取决于所处的频率大小，例如，在频率为30GHZ时，其波长为10mm。

在频率为30GHZ时，其波长为10mm，其对应的参数值为：

A的范围为：0.3125-0.625mm，优选为0.575mm；

B＝2.5mm；

C的范围为：0.625-1.25mm，优选为0.968mm；

D的范围为：0.625-2.5mm，优选为2.135mm。

请参照图5，为传统的阵列天线的俯视结构示意图，两个相邻的阵列天线单元3之间会产生耦合电场，图5中的箭头用来表示阵列天线单元3之间产生互相干扰的耦合电场，从而使其隔离度降低。

请参照图6，为本方案的阵列天线的俯视结构示意图，两个相邻的阵列天线单元3之间设置有谐振单元4，谐振单元4会吸收阵列天线单元3产生的耦合电场，图6中的箭头用来表示谐振单元4吸收耦合电场，从而增大隔离度。

传统的阵列天线单元之间会发生耦合电场，使得阵列天线单元之间存在耦合电场从而降低了隔离度，影响天线的性能，特别是辐射效率的降低；一般情况下，阵列天线单元之间的电场的隔离度为10dB左右，满足不了射频收发前端电路的要求。本方案通过在阵列天线单元之间加入谐振单元，谐振单元产生抑制频带可以有效地抑制耦合电场，谐振单元的抑制度可达到30dB左右，可以将阵列天线单元之间的隔离度提升到将近40dB，能够非常有效地实现解耦的目的。

设计谐振单元时一般考虑两点：一是抑制通带的带宽，而是抑制度；首先，抑制通带的带宽是由谐振点的个数决定(谐振点指的是一个谐振单元产生的频率抑制点)。请参照图9，一般可以设计谐振单元在一个中心频点谐振产生一定的抑制带宽和大于30dB的抑制度，此方式为在两个相邻的阵列天线单元之间设置一个谐振单元的情况。但是由于5G通信系统的宽带特性，需要对谐振单元进行带宽拓展，请参照图10，可以分别设计不同谐振单元(两个谐振单元)进行级联，形成两个谐振点(分别为谐振点-1和谐振点-2)拓宽20％-30％的抑制通带和保持高于30dB的抑制度，此方式为在两个相邻的阵列天线单元之间设置两个相互级联的谐振单元的情况。

综上所述，本实用新型提供的一种毫米波阵列天线，阵列天线单元之间存在耦合电场的产生会降低阵列天线的隔离度，从而影响到天线的性能，特别是辐射效率的降低，本方案通过在两个相邻的阵列天线单元之间设置谐振单元，设置的谐振单元能够吸收两个相邻的阵列天线所产生的耦合电场，通过采用阵列天线单元之间隔离，可以较好地抑制电场耦合；本方案设计的毫米波阵列天线可采用增加谐振点的方式来加大解耦的频率响应带宽，从而增大隔离度。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种毫米波阵列天线，其特征在于，包括接地板，在所述接地板的表面依次层叠设置有介质板和多个阵列天线单元，多个所述阵列天线单元在所述介质板表面呈阵列分布，两个相邻的阵列天线单元之间设有谐振单元且所述谐振单元分别与对应的阵列天线单元之间均设有间距，所述谐振单元被配置为吸收所述阵列天线单元产生的耦合电场。

2.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述谐振单元包括第一折部、第二折部、第三折部、第四折部和截面形状呈十字形的中心部，所述第一折部、第二折部、第三折部和第四折部均为直线型，所述中心部、第一折部、第二折部、第三折部和第四折部均在同一平面上，所述第一折部、第二折部、第三折部和第四折部分别对称分布在所述中心部的四个端且所述第一折部的中心位置、第二折部的中心位置、第三折部的中心位置和第四折部的中心位置分别与所述中心部的四个端垂直连接。

3.根据权利要求2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述第一折部与所述第二折部相互平行设置，所述第三折部与所述第四折部相互平行设置，所述第一折部靠近中心部的一侧面的相对两端分别设有沿垂直方向延伸的第五折部和位于第五折部的自由端上的边沿，所述第二折部靠近中心部的一侧面的相对两端分别设有沿垂直方向延伸的第六折部和位于第六折部的自由端上的边沿，所述第五折部、第六折部、第一折部和第二折部均在同一平面上。

4.根据权利要求2所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述第一折部、第二折部、第三折部、第四折部和中心部围成截面形状为田字形的结构，所述田字形的结构的四个格子中分别设有呈对称分布的第七折部，所述第七折部与所述中心部在同一平面上。

5.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，所述谐振单元由多个微带线组合连接而成。

6.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，两个相邻的阵列天线单元之间设置的谐振单元的数量为1个，所述谐振单元与对应的阵列天线单元的间距为三十二分之一的波长至十六分之一的波长。

7.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，两个相邻的阵列天线单元之间的间距为四分之一的波长。

8.根据权利要求1所述的毫米波阵列天线，其特征在于，两个相邻的阵列天线单元之间设有两个相互级联的谐振单元。

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