一种开口波导相控阵单元制造技术

本发明专利技术公开了一种开口波导相控阵单元，包括：开口波导、阻抗渐变段、输入端；所述开口波导为一个上、下两端均为开口的立方体腔体；所述阻抗渐变段采用梯台结构，阻抗渐变段的下端与所述输入端相连接；所述输入端为一个馈电同轴连接器，且输入端位于开口波导的下开口端。本发明专利技术使得天线在23.5GHz～38GHz频段内驻波比小于2，在24.25GHz～29.5GHz频带能驻波小于比1.5，且天线在俯仰面扫描角度为±30°，天线在方位面扫描角度为±60°，相控阵单元在俯仰面波束宽度为俯仰面的接近一半的数值，满足5G通信的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种开口波导相控阵单元
本专利技术涉及微波
，尤其是一种开口波导相控阵单元。
技术介绍
随着5G移动业务的兴起，5G网络具有极高的速率，极大的容量，极低的时延；相对4G网络，5G网络的传输速率可以提升10～100倍，峰值传输速率达到10Gbit/s，端到端时延达到毫秒级。根据通信原理，无线通信的最大信号带宽大约是载波频率的5％左右，因此，载波频率越高，可实现的信号带宽也越大。在毫米波频段中，28GHz频段是最有希望使用在5G的频段，28GHz频段的可用频谱带宽可达1GHz；相比而言，4G-LTE频段最高频率的载波在2GHz上下，而可用频谱带宽只有100MHz。因此，若使用毫米波频段，则频谱带宽扩大10倍，传输速率也可得到巨大提升。在5G通讯天线无论是采用MassiveMIMO、BeamTrace、BeamForming等技术来实现空间分集以实现大数据量传输时，天线都会采用有源相控阵的形式，对天线的扫描方位一般要求为方位-60°～60°，俯仰-30°～30°。针对这些特点，5G通讯天线的研发已经成为5G移动业务的重点和难点。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种开口波导相控阵单元，使得天线在23.5GHz～38GHz频段内驻波比小于2，在24.25GHz～29.5GHz频带能驻波小于比1.5，且天线在俯仰面扫描角度为±30°，天线在方位面扫描角度为±60°，相控阵单元在俯仰面波束宽度为俯仰面的接近一半的数值，满足5G通信的要求。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：一种开口波导相控阵单元，所述相控阵单元包括：开口波导(1)、阻抗渐变段(20)、输入端(3)；开口波导(1)为一个上、下两端均开口的立方体腔体，包括四个波导臂，分别为窄边前波导臂(1a)、窄边后波导臂(1b)、宽边左波导臂(1c)、宽边右波导臂(1d)；开口波导(1)的内部且在开口波导(1)的宽边左波导臂(1c)或宽边右波导臂(1d)上设有阻抗渐变段(20)，且阻抗渐变段(20)到宽边左波导臂(1c)与到宽边右波导臂(1d)的距离相等；阻抗渐变段(20)采用梯台结构，阻抗渐变段(2)的下端与所述输入端(3)相连接；输入端(3)为一个馈电同轴连接器(30)，且输入端(3)位于开口波导(1)的下开口端。所述阻抗渐变段(20)包括彼此相连的梯形台体部分和长方体部分；其中，该梯形台体的第一底面(201)为矩形且位于开口波导(1)的宽边左波导臂(1c)或宽边右波导臂(1d)中的任意一个波导臂上；该梯形台体的靠近开口波导(1)下开口端的第一侧面(202)为矩形且与开口波导的下开口端的端面平行；该梯形台体的靠近开口波导(1)下开口端的第一侧面(202)下设有该长方体，且该长方体的靠近梯形台体的第二底面(203)的一侧面(204)与该梯形台体的第二底面(203)齐平；梯形台体的第一底面(201)和第二底面(203)是该梯形台体的互为平行的上下两底面；该梯形台体的靠近开口波导(1)上开口端的第二侧面(206)为一个倾斜的矩形，分别与该梯形台体的第二底面(203)和该梯形台体的第一底面(201)相连；所述长方体部分的靠近开口波导(1)的下开口端的一侧面(205)与输入端(3)相连接。开口波导(1)的四个波导臂的厚度相同，且厚度范围为0.5mm～4mm；开口波导(1)的沿宽边方向的长度l1大于低频波长λl的一半；所述低频波长λl为频带内最低频率即截止频率所对应的波长；开口波导(1)的沿窄边方向的长度l2为0.2～0.5倍的波长λ；所述波长λ为频带内中心频率所对应的波长；开口波导(1)的沿高度方向的长度l3为0.25～1.1倍的波长λ。该梯形台体的第一底面(201)的靠近开口波导(1)的下开口端下侧边(2012)即与开口波导(1)的下开口端的端面相距d1，d1为0.05～0.08倍的波长λ；所述波长λ为频带内中心频率所对应的波长；该梯形台体的第一底面(201)的靠近开口波导(1)的上开口端上侧边(2011)与开口波导(1)的上开口端的端面相距d2，d2为0～0.06倍的波长λ；该梯形台体的第一底面(201)的沿开口波导(1)的宽边方向的长度l4为0.05～0.15倍的波长λ；该梯形台体的第一底面(201)的沿开口波导(1)的高度方向的长度l5为0.2～1倍的波长λ；该梯形台体的靠近开口波导(1)下开口端的第一侧面(202)的沿开口波导(1)的窄边方向的长度l6为0.16～0.28倍的波长λ；该梯形台体的第二底面(203)的靠近开口波导(1)的上开口端上侧边(2031)与开口波导(1)的上开口端的端面相距d3，d3为0.16～0.97倍的波长λ；该梯形台体的第二底面(203)的沿开口波导(1)的高度方向的长度l7为0.03～0.05倍的波长λ；该长方体的沿开口波导(1)的宽边方向的长度与该梯形台体的第一底面(201)的沿开口波导(1)的宽边方向的长度l4一致；该长方体的沿开口波导(1)的窄边方向的长度l8为0.06～0.08倍的波长λ；该长方体的沿开口波导(1)的高度方向的长度l9为0.01～0.05倍的波长λ；该长方体的靠近开口波导(1)下开口端的一侧面(205)与开口波导(1)的下开口端的端面相距d4，d4为0.03～0.05倍的波长λ。所述相控阵单元除了采用梯台结构的阻抗渐变段(20)之外，还可采用为阶梯状结构的阻抗渐变段(21)，阶梯状结构的阻抗渐变段(21)为：仅将梯台结构的阻抗渐变段(20)的靠近开口波导(1)上开口端的为倾斜的矩形的第二侧面(206)改成阶梯面，并利用此阶梯面将梯形台体的第二底面(203)和梯形台体的第一底面(201)相连；且阶梯状结构的阻抗渐变段(21)其余部分保持与梯台结构的阻抗渐变段(20)相同。所述阶梯状结构的阻抗渐变段(21)的阶梯面包括3～5个台阶。根据权利要求1或5所述的一种开口波导相控阵单元，其特征在于，所述相控阵单元除了馈电同轴连接器(30)作为输入端(3)之外，还可采用微带线(31)作为输入端(3)。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的阻抗渐变段的设计，使开口波导的体积小、结构简单，同时扩展了开口波导天线的工作带宽，能最大限度的降低天线单元高度。(2)本专利技术的阻抗渐变段采用梯形台结构，在一个波导带宽40％的相对带宽内实现宽带匹配。(3)基于本专利技术的相控阵天线拥有更高的天线辐射效率，且交叉极化点平低。(4)基于本专利技术的一种开口波导相控阵单元，天线在23.5GHz～38GHz频段内驻波比小于2，在24.25GHz～29.5GHz频带能驻波小于比1.5，覆盖了毫米波24.25GHz～27.5GHz以及27.5～29.5GHz以及更宽的频段。(5)基于本专利技术的一种开口波导相控阵单元，天线在俯仰面扫描角度为±30°，天线在方位面扫描角度为±60°，相控阵单元在俯仰面波束宽度为俯仰面的接近一半的数值。附图说明图1为实施例一的结构示意图。图2为实施例一的侧视图。图3为基于实施例一的相控阵天线的驻波仿真曲线图。图4为基于实施例一的相控阵天线的天线增益的仿真曲线图。图5为实施例一的相控阵单元的组成阵列示意图。图6为实施例二结构示意图。图7为实施例三的结构示意图。图8为实施例四的结构示意图具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开口波导相控阵单元，其特征在于，所述相控阵单元包括：开口波导(1)、阻抗渐变段(20)、输入端(3)；开口波导(1)为一个上、下两端均开口的立方体腔体，包括四个波导臂，分别为窄边前波导臂(1a)、窄边后波导臂(1b)、宽边左波导臂(1c)、宽边右波导臂(1d)；开口波导(1)的内部且在开口波导(1)的宽边左波导臂(1c)或宽边右波导臂(1d)上设有阻抗渐变段(20)，且阻抗渐变段(20)到宽边左波导臂(1c)与到宽边右波导臂(1d)的距离相等；阻抗渐变段(20)采用梯台结构，阻抗渐变段(2)的下端与所述输入端(3)相连接；输入端(3)为一个馈电同轴连接器(30)，且输入端(3)位于开口波导(1)的下开口端。

【技术特征摘要】
1.一种开口波导相控阵单元，其特征在于，所述相控阵单元包括：开口波导(1)、阻抗渐变段(20)、输入端(3)；开口波导(1)为一个上、下两端均开口的立方体腔体，包括四个波导臂，分别为窄边前波导臂(1a)、窄边后波导臂(1b)、宽边左波导臂(1c)、宽边右波导臂(1d)；开口波导(1)的内部且在开口波导(1)的宽边左波导臂(1c)或宽边右波导臂(1d)上设有阻抗渐变段(20)，且阻抗渐变段(20)到宽边左波导臂(1c)与到宽边右波导臂(1d)的距离相等；阻抗渐变段(20)采用梯台结构，阻抗渐变段(2)的下端与所述输入端(3)相连接；输入端(3)为一个馈电同轴连接器(30)，且输入端(3)位于开口波导(1)的下开口端。2.根据权利要求1所述的一种开口波导相控阵单元，其特征在于，所述阻抗渐变段(20)包括彼此相连的梯形台体部分和长方体部分；其中，该梯形台体的第一底面(201)为矩形且位于开口波导(1)的宽边左波导臂(1c)或宽边右波导臂(1d)中的任意一个波导臂上；该梯形台体的靠近开口波导(1)下开口端的第一侧面(202)为矩形且与开口波导的下开口端的端面平行；该梯形台体的靠近开口波导(1)下开口端的第一侧面(202)下设有该长方体，且该长方体的靠近梯形台体的第二底面(203)的一侧面(204)与该梯形台体的第二底面(203)齐平；梯形台体的第一底面(201)和第二底面(203)是该梯形台体的互为平行的上下两底面；该梯形台体的靠近开口波导(1)上开口端的第二侧面(206)为一个倾斜的矩形，分别与该梯形台体的第二底面(203)和该梯形台体的第一底面(201)相连；所述长方体部分的靠近开口波导(1)的下开口端的一侧面(205)与输入端(3)相连接。3.根据权利要求1所述的一种开口波导相控阵单元，其特征在于，开口波导(1)的四个波导臂的厚度相同，且厚度范围为0.5mm～4mm；开口波导(1)的沿宽边方向的长度l1大于低频波长λl的一半；所述低频波长λl为频带内最低频率即截止频率所对应的波长；开口波导(1)的沿窄边方向的长度l2为0.2～0.5倍的波长λ；所述波长λ为频带内中心频率所对应的波长；开口波导(1)的沿高度方向的长度l3为0.25～1.1倍的波长λ。4.根据权利要求2所述的一种开口波导相控阵单元，其特征在于，该梯形台体的第一底面(201)的靠近开口波导(1)的下开口端下侧边(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，赵继明，李霞，刘永宁，胡卫东，
申请(专利权)人：安徽四创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34