CN210640366U - 一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，包括：基板、小微带枝节、辐射贴片；同轴探针、微带滤波器、金属地板；辐射贴片设置于基板正面，金属地板设于基板背面；辐射贴片上设有环形贴片、内正方形贴片；内正方形贴片设于环形贴片中心，环形贴片内环和外环之间设有四个方形槽，且内设有微带滤波器；每个微带滤波器通过小微带枝节与内正方形贴片及环形贴片连接；小微带枝节上设有馈电点，馈电点位于小微带枝节与内正方形贴片的连接点，两个同轴探针分别设于相邻的两个馈电点上；同轴探针依次穿过金属地板、基板连接到馈电点。本实用新型可实现跨频段双频双极化天线阵列单元，并有效提高微带辐射单元的高频交叉极化性能。

Description

一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元

技术领域

本实用新型涉及及微波毫米波通信领域，更具体地，涉及一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元。

背景技术

移动终端早已从过去仅仅具有通话功能发展为具有多功能的移动多媒体终端，使人们得以享受科技进步带来的红利。随着时代的进步与发展，移动生活逐渐在人们生活中占据主导地位，移动娱乐、电子银行、电子医疗等网络业务发展使得移动和无线通信业务量爆发式发展。另外，物联网以及虚拟现实概念的兴起使得未来人物交互与物物相连，从而催生百亿个移动互联设备，信息的需求量将急剧上升，并要求更高效、低时延、安全的移动通信网络。而当前的移动通信技术面临着频谱资源紧张、系统容量受限等问题，远远达不到未来移动互联的需求。因此，第五代(5G)移动通信技术的发展提上了日程。这种5G通信的主要目标是通过无线保真网络为高数据率的用户提供高质量的音频，视频和数据服务。这些系统需要高效，紧凑和多频带的MIMO天线。由于具有重量轻，体积小和制造成本低等优良特性，微带贴片天线作为安装在接地基板上方的导电贴片，可以通过处于导电贴片边缘或背面的导线馈电，很容易地安装在任何表面上，实现在贴片的法线方向上的最强辐射，几乎没有旁瓣。因此，贴片天线已成为MIMO天线辐射单元的最佳选择。

我国5G系统需要高(24GHz以上毫米波频段)、中(3GHz-6GHz频段)、低(3GHz一下频段)不同频段的工作频率，以满足覆盖、容量、连接数密度等多项关键性能指标的要求。

单片单层双频微带天线，该天线的辐射贴片由一个内正方形贴片和一个环形贴片，再由小微带枝节连接构成。通过调节内正方形和环形贴片的宽度，可以获得具有两个工作频率的双频操作。该天线分别在横轴方向馈电和在竖轴方向馈电时，可分别获得在横轴方向和竖轴方向的极化，主要适用于5G移动通讯。

这种单层双频双极化微带天线，其优点是相隔很远的频率两个频率，且容易加工制作。但这种天线结构模型有一个非常明显的缺点，高频的交叉极化性能比较差。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的微带辐射单元的高频交叉极化性能比较差的缺陷，提供一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元。

一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，所述单元包括：基板、小微带枝节、辐射贴片、同轴探针、微带滤波器、金属地板；

辐射贴片设置于基板正面，金属地板设于基板背面；

辐射贴片上设有环形贴片、内正方形贴片；内正方形贴片设于环形贴片的中心，且四条边与环形贴片的边平行；环形贴片和内正方形贴片之间为镂空结构；

环形贴片的内环和外环之间设有四个方形槽，四个方形槽依次与环形贴片内环不同的四个边重合；使得方向槽与环形贴片和内正方形贴片之间的镂空部位连通；

方形槽内设有微带滤波器；每个微带滤波器的两端通过小微带枝节与内正方形贴片及环形贴片连接；

小微带枝节上设有馈电点，馈电点位于小微带枝节与内正方形贴片的连接点

同轴探针为两个，分别设于相邻的两个馈电点上；同轴探针依次穿过金属地板、基板连接到馈电点。

优选地，所述环形贴片为环正方形贴片，所述基板为PCB电介质板。

优选地，所述的方形槽设分别于环形贴片的横向中线和竖向中线上，且沿环形贴片的横向中线和竖向中线对称。

优选地，小微带枝节分别沿环形贴片的横向中线和竖向中线设置，实现微带滤波器与内正方形贴片及环形贴片的连接。

优选地，微带滤波器由的长为Cb，宽为Ca的微带线所蚀刻的4个对称的特殊图形形成，特殊图形由一直角三角形顶角连接一条长为(Ca-Cw)/2，宽为Cg的细窄缝构成；

蚀刻后的微带线中间有十字形微带线，十字形微带线包括长微带线和短微带线，长微带线和短微带线呈“十字形”一体化连接；长微带线的两端分别与两条宽为Ce，长为Ca窄微带线的中部垂直连接；短微带线的两端分别与四个直角三角形的顶角连接；

四个直角三角形沿十字形微带线对称，且四个直角三角形的斜边朝向十字形微带线；

两条窄微带线中部各连接宽为W1的小微带枝节，其中一条窄微带线通过小微带枝节与环形贴片连接，另一条窄微带线通过小微带枝节与内正方形连接。

优选地，设沿十字形微带线长微带线方向的相邻的直角三角形的底边之间的距离为Cd，直角三角形底边与长微带线之间的窄缝宽度为Cg，长微带线和短微带线的宽度为Cw；

则微带滤波器的参数为：Ca＝1.3mm，Cb＝2.3mm，Cd＝1.6mm，Ce＝0.17mm，Cg＝0.18mm，Cw＝0.14mm。

优选地，设内正方形贴片的边长为L1，环形贴片的外边长为L6；则2×L1<L6。

优选地，设方形槽的长度为L4、宽度为L2，环形贴片的内边长为L3；则L2<L3；L4<1/2(L6-L3)。

优选地，设基板的边长为L7，则L7>L6。

优选地，内正方形贴片的边长L1大于方形槽的宽度L2。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：本实用新型可以实现在一个贴片实现两个频率f_up-f_low＝20GHz相差很大的双频微带贴片天线。

实用新型中高频辐射方向图中的微带辐射单元厚度方向的面的交叉极化水平高于20dB，具有较好的交叉极化水平。

附图说明

图1为实施例1所述微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元示意图，其中图1(a)为正视图，图1(b)仰视图。

图2为实施例1所提供的回波损耗S11(f＝4.9GHz)。

图3为实施例1所提供的E面方向图(f＝4.9GHz)。

图4为实施例1所提供的H面方向图(f＝4.9GHz)。

图5为实施例1所提供的回波损耗S11(f＝26GHz)。

图6为实施例1所提供的E面方向图(f＝26GHz)。

图7为实施例1所提供的H面方向图(f＝26GHz)。

图8为微带滤波器示意图。

图中，1为辐射贴片，2为基板，3为金属地板，4和6为馈电点，5和7为同轴探针，8为小微带枝节，9为微带滤波器，1.1为环形贴片，1.2为内正方形贴片。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1：

本实施例提供一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，如图1所示，所述单元包括：基板2、小微带枝节8、辐射贴1、同轴探针(5、7)、微带滤波器9、金属地板3；所述环形贴片为环正方形贴片；

辐射贴片1设置于基板2正面，金属地板3设于基板2背面；

辐射贴片1上设有环形贴片1.1、内正方形贴片1.2；内正方形贴片1.2设于环形贴片1.1的中心，且四条边与环形贴片1.1的边平行；环形贴片1.1和内正方形贴片1.2之间为镂空结构；

环形贴片1.1的内环和外环之间设有四个方形槽，四个方形槽依次与环形贴片1.1内环不同的四个边重合；使得方向槽与环形贴片1.1和内正方形贴片1.2之间的镂空部位连通；

方形槽内设有微带滤波器9；每个微带滤波器9的两端通过小微带枝节8与内正方形贴片1.2及环形贴片1.1连接；

小微带枝节8上设有馈电点4、6，馈电点4、6位于小微带枝节8与内正方形贴片1.2的连接点

同轴探针5、7为两个，分别设于相邻的两个馈电点4、6上；同轴探针5、7依次穿过金属地板3、基板2连接到馈电点4、6。

所述基板2为PCB电介质板。

所述的方形槽设分别于环形贴片1.1的横向中线和竖向中线上，且沿环形贴片1.1的横向中线和竖向中线对称。

小微带枝节8分别沿环形贴片1.1的横向中线和竖向中线设置，实现微带滤波器9与内正方形贴片1.2及环正方形1.1的连接。

如图8所示，微带滤波器9由的长为Cb，宽为Ca的微带线所蚀刻的4个对称的特殊图形形成，特殊图形由一直角三角形顶角连接一条长为(Ca-Cw)/2，宽为Cg的细窄缝构成；

蚀刻后的微带线中间有十字形微带线，十字形微带线包括长微带线和短微带线，长微带线和短微带线呈“十字形”一体化连接；长微带线的两端分别与两条宽为Ce，长为Ca窄微带线的中部垂直连接；短微带线的两端分别与四个直角三角形的顶角连接；

四个直角三角形沿十字形微带线对称，且四个直角三角形的斜边朝向十字形微带线；

两条窄微带线中部各连接宽为W1的小微带枝节8，其中一条窄微带线通过小微带枝节8与环形贴片1.1连接，另一条窄微带线通过小微带枝节与内正方形1.2连接。

设沿十字形微带线长微带线方向的相邻的直角三角形的底边之间的距离为Cd，直角三角形底边与长微带线之间的窄缝宽度为Cg，长微带线和短微带线的宽度为Cw；则微带滤波器的参数为：Ca＝1.3mm，Cb＝2.3mm，Cd＝1.6mm，Ce＝0.17mm，Cg＝0.18mm，Cw＝0.14mm。

直角三角形的底边长为(Ca-3*Cw)/2，高为(Cd-Cw)/2+Cg)。

使得滤波通带低于26GHz，提高滤除高频段的滤波效果。

设内正方形贴片1.2的边长为L1，环形贴片1.1的外边长为L6；则2×L1<L6。

设方形槽的长度为L4、宽度为L2，环形贴片1.1的内边长为L3；则L2<L3；L4<1/2(L6-L3)。

设基板2的边长为L7，则L7>L6。

内正方形贴片1.2的边长L1大于方形槽的宽度L2。

作为一个具体的实施例，下面结合具体数据对本实施例进行详细说明：

本实施例提出了一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，所述单元的辐射贴片1由一个内正方形贴片1.2、一个带4个方形槽的环形贴片1.1以及具有微带滤波器9结构的小微带枝节8连接构成。内正方形贴片1.2的的边长为L1＝2.25mm，环形贴片1.1的外边长为L6＝12mm，内边长为L3＝4.2mm，4个方形槽的长为L4＝2.25mm，宽为L2＝2.1mm，小微带枝节8宽度为W1＝0.4mm，微带滤波器9的参数Ca＝1.3mm，Cb＝2.3mm，Cd＝1.6mm，Ce＝0.17mm，Cg＝0.18mm，Cw＝0.14mm。辐射贴片1放置在边长为L7＝21mm的PCB电介质板上，PCB电介质板采用介电常数为4.5，厚度为H＝1.2mm的TP-2介质基板2。采用同轴馈电的方式，同轴探针4穿过基板2连接到辐射贴片1。馈电点位于小微带枝节的边缘5，距离基板2横向中线的位置为L＝1.95mm。同轴探针6穿过基板2连接到辐射贴片2，馈电点位于小微带枝节8的边缘的馈电点7。连接在环形贴片1.1和内正方形贴片1.2之间的小微带枝节8对环形贴片1.1进行馈电，使低频4.9GHz能够获得好的阻抗匹配。所述单元的结构图如图1(a)、(b)所示。

一般情况下，基板2的尺寸大小为辐射贴片1的两倍大小可以使辐射贴片1辐射良好，方向图比较好。而高频26GHz和低频4.9GHz两个频率相差较远，内正方形贴片1.2(边长2.25mm)和环形贴片1.1(边长12mm)的尺寸相差比较大。所以基板2尺寸若是采用环形贴片1.1尺寸的两倍(边长为20mm)，由于低频高次模的影响，则会使得高频26GHz的方向图发生畸变，且高频辐射方向图的H面的交叉极化水平较差，不利于用于通讯方面。

以所述单元的横向为x轴、竖直方向为y轴、厚度方向为z轴；x轴和z轴所在的面为E面，y轴和z轴所在的面为H面，

仿真结果，在f＝4.9GHz的回波损耗S11可以达到-20dB，如图2所示，并且这个谐振频率方向图最大增益4.65dB，E面(xoz面)截面方向的方向图如图3所示，H面(yoz面)方向图如图4，E面H面的交叉极化水平均可高于20dB；在f＝26GHz的回波损耗S11可以达到-21dB，如图5所示，并且这个谐振频率方向图最大增益7.8dB，E面(xoz面)截面方向的方向图如图6所示，H面(xoy面)方向图如图7所示，E面H面的交叉极化水平均可高于20dB。这种情况是针对在y轴方向上的馈电，产生y轴方向的线极化，当把馈电点的位置放置在x轴方向的对应位置时，则产生x轴方向的线极化，辐射方向图与在x轴方向馈电的方向图类似。

本实施例克服了现有的单片单层双频天线两个频率靠的比较近的问题，且解决了现有技术中高频率辐射方向图中H面交叉极化水平较差的问题，实现了两个频率差(f_up-f_low＝20GHz)的单片单层双频双极化滤波微带天线。5G系统需要高(24GHz以上毫米波频段)、中(3GHz-6GHz频段)、低(3GHz一下频段)不同频段的工作频率，以满足覆盖、容量、连接数密度等多项关键性能指标的要求。本实用新型设计单层单片双频微带天线，可以产生4.9GHz和26GHz两个谐振频率，分别工作在C波段和K波段，跨微波毫米波，同时这两个频率上的极化方式均为线极化，分别把馈电点放在互相垂直方向上的对应位置，可产生极化方向互相垂直的线极化波，并且这种天线具有很高的增益，可以很好的解决5G系统中的中高频段同时工作的问题。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，所述单元包括：基板、小微带枝节、辐射贴片、同轴探针、微带滤波器、金属地板；

辐射贴片设置于基板正面，金属地板设于基板背面；

辐射贴片上设有环形贴片、内正方形贴片；内正方形贴片设于环形贴片的中心，且四条边与环形贴片的边平行；环形贴片和内正方形贴片之间为镂空结构；

环形贴片的内环和外环之间设有四个方形槽，四个方形槽依次与环形贴片内环不同的四个边重合；使得方向槽与环形贴片和内正方形贴片之间的镂空部位连通；

方形槽内设有微带滤波器；每个微带滤波器的两端通过小微带枝节与内正方形贴片及环形贴片连接；

小微带枝节上设有馈电点，馈电点位于小微带枝节与内正方形贴片的连接点

同轴探针为两个，分别设于相邻的两个馈电点上；同轴探针依次穿过金属地板、基板连接到馈电点。

2.根据权利要求1所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，所述环形贴片为环正方形贴片，所述基板为PCB电介质板。

3.根据权利要求2所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，所述的方形槽设分别于环形贴片的横向中线和竖向中线上，且沿环形贴片的横向中线和竖向中线对称。

4.根据权利要求3所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，小微带枝节分别沿环形贴片的横向中线和竖向中线设置，实现微带滤波器与内正方形贴片及环形贴片的连接。

5.根据权利要求4所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，微带滤波器由的长为Cb，宽为Ca的微带线所蚀刻的4个对称的特殊图形形成，特殊图形由一直角三角形顶角连接一条长为(Ca-Cw)/2，宽为Cg的细窄缝构成；

蚀刻后的微带线中间有十字形微带线，十字形微带线包括长微带线和短微带线，长微带线和短微带线呈“十字形”一体化连接；长微带线的两端分别与两条宽为Ce，长为Ca窄微带线的中部垂直连接；短微带线的两端分别与四个直角三角形的顶角连接；

四个直角三角形沿十字形微带线对称，且四个直角三角形的斜边朝向十字形微带线；

两条窄微带线中部各连接宽为W1的小微带枝节，其中一条窄微带线通过小微带枝节与环形贴片连接，另一条窄微带线通过小微带枝节与内正方形连接。

6.根据权利要求5所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，设沿十字形微带线长微带线方向的相邻的直角三角形的底边之间的距离为Cd，直角三角形底边与长微带线之间的窄缝宽度为Cg，长微带线和短微带线的宽度为Cw；

则微带滤波器的参数为：Ca＝1.3mm，Cb＝2.3mm，Cd＝1.6mm，Ce＝0.17mm，Cg＝0.18mm，Cw＝0.14mm。

7.根据权利要求6所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，设内正方形贴片的边长为L1，环形贴片的外边长为L6；则2×L1<L6。

8.根据权利要求7所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，设方形槽的长度为L4、宽度为L2，环形贴片的内边长为L3；则L2<L3；L4<1/2(L6-L3)。

9.根据权利要求8所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，设基板的边长为L7，则L7>L6。

10.根据权利要求9所述的微波毫米波跨频段双频双极化微带辐射单元，其特征在于，内正方形贴片的边长L1大于方形槽的宽度L2。

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