一种基于天线‑滤波器‑天线阵列的超宽带移动通信天线罩制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于天线‑滤波器‑天线阵列的超宽带移动通信天线罩。所述天线罩为主要由多个相同周期单元结构阵列组成的周期性频率选择表面，每个周期单元主要由上下两层的介质层，上下两层的圆环形金属贴片层和两层介质层之间的金属缝隙层组成，空间内的电磁场打向所述天线罩，依次经过上层金属层、金属缝隙层和下层金属层的三层选择性滤波后，从下层金属层输出所需频段的电磁场，并能大幅度抑制杂波的能量。本实用新型专利技术适用于超宽带移动通信天线罩的设计，通带带宽大，带内插入损耗极小且稳定，频率选择性能佳。在移动通信，雷达等领域都具有巨大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及了一种天线器件，尤其是涉及了一种基于天线-滤波器-天线阵列(Antenna-Filter-Antenna)的超宽带移动通信天线罩，可用于超宽带(5G)移动通信，
技术介绍
目前，国际上对于5G移动通信的需求已经迫在眉睫，欧盟的5G网络将在2020年～2025年之间投入运营。美国移动运营商Verizon无线公司宣布，将从2016年开始试用5G网络，2017年在美国部分城市全面商用在未来的日子里。我国工信部副部长陈肇雄表示：5G是新一代移动通信技术发展的主要方向，是未来新一代信息基础设施的重要组成部分。与4G相比，5G不仅将进一步提升用户的网络体验，同时还将满足未来万物互联的应用需求。5G具有更高的速率、更宽的带宽。因此，对5G实际应用的硬件设备提出了更高的要求，尤其是天线罩这一模块。针对5G通信如此大的带宽，要满足大于2GHz带宽的通带，并且为了不使信号失真，需要满足如此宽带内的插入损耗至少小于0.6dB。这无疑是一个新的挑战。现有天线罩的实现方式，一般采用的是周期性频率选择表面结构。对于这种结构的研究，国内外已经经历了许多年。常见的单层或者双层金属频率选择表面结构可以实现窄带的空间滤波，或者选择性较差的宽通带的空间滤波。这里的选择性较差指的是通带内的插入损耗不平稳，通带内的插入损耗较大以及通带到阻带的过度较慢，无法保证阻带的抑制性能。
技术实现思路
针对如何提高天线罩的通带特性，阻带特性以及频率的选择性，从而满足5G移动通信要求这一问题，提出了一种基于天线-滤波器-天线阵列(Antenna-Filter-Antenna)的超宽带移动通信天线罩，通过三层金属层的巧妙设计，对于空间的电磁波具有高度的选择透过性。本技术在空间电磁波正入射的情况下，在26.1～28.9GHz的宽通带范围内实现小于0.1dB的插入损耗，在满足通带要求的同时，对于带外31.4～34.3GHz范围内的阻带抑制超过20dB。并且通带到阻带的下降速度快，具有良好的频率选择性。本技术解决其技术问题所采用的技术方案：所述天线罩为主要由多个相同周期单元结构阵列组成的周期性频率选择表面，每个周期单元主要由上下两层的介质层、上下两层的圆环形金属贴片层和两层介质层之间的金属缝隙层组成，空间内的电磁场打向所述天线罩，依次经过上层金属层、金属缝隙层和下层金属层的三层选择性滤波后，从下层金属层输出所需频段的电磁场，并能大幅度抑制杂波的能量。本技术周期单元结构的个数可依据实际用途选择20×20至40×40之间。所述的周期单元包括上层金属贴片、上层介质板、中间层金属板、下层介质板和下层金属贴片，中间层金属板位于上层介质板和下层介质板之间，上层金属贴片贴于上层介质板上表面，下层金属贴片贴于下层介质板下表面，上层金属贴片和下层金属贴片结构尺寸相同。所述的中间层金属板设有中间层金属缝隙，中间层金属缝隙包括方环形缝隙和位于方环形缝隙内中心的四个Z字形缝隙，四个Z字形缝隙以螺旋中心对称方式沿圆周间隔均布，Z字形缝隙由中间层金属板中心向外依次分为内段缝隙、中段缝隙和外段缝隙，内段缝隙和外段缝隙均平行于中间层金属板其中一条边，中段缝隙平行于中间层金属板另一条边，内段缝隙的长度大于外段缝隙的长度。所述的四个Z字形缝隙形成的对称中心和方环形缝隙的中心均位于中间层金属板的中心。所述的上层金属贴片和下层金属贴片均为置于介质板中心的圆环形金属贴片。所述介质层的介电常数为2.2，介电损耗角正切为0.0009。所述的介质层采用Rogers RT5880板材，通过设计中间层金属缝隙的大小和形状改变上下圆环形金属层之间的耦合，使得空间电磁波在正入射的情况下，在26.1～28.9GHz的通带范围内的插入损耗小于0.1dB。本技术具有的有益的效果是：本技术天线罩结构，适合于传统PCB工艺进行加工实现。本技术的金属缝隙层中间的Z字形缝隙与上下两个相同的圆环形贴片为天线罩提供一个插入损耗稳定极小并且带宽非常大的通带，电磁波在正入射的情况下，在26.1～28.9GHz的通带范围内，插入损耗小于0.1dB；25.7～29.2GHz的通带范围内，插入损耗小于0.3dB；本技术中间金属缝隙层的方形缝隙为天线罩提供一个带外抑制较大且范围较广的阻带。电磁波在正入射的情况下，在31.4～34.3GHz的阻带范围内，阻带抑制大于20dB。本技术同时支持TE，TM两种电磁波的极化模式，在正负30度的角度变化范围内性能非常稳定。本技术在超宽带移动通信以及雷达等领域具有重要的应用价值。附图说明图1是本技术实施例的天线罩三维结构图。图2是本技术中周期单元结构的三维结构图。图3是本技术中周期单元结构的正视图。图4是中间层中间板的结构视图。图5是电磁波入射角度对于本技术中的天线罩性能的影响曲线。图6是本技术中天线罩的传输特性曲线。图中：1、上层金属贴片，2、上层介质板，3、中间层金属缝隙，4、下层介质板，5、下层金属贴片，3a、Z字形缝隙，3b、方环形缝隙。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。如图1和图2所示，本技术的天线罩为主要由多个相同周期单元结构阵列组成的周期性频率选择表面，每个周期单元主要由上下两层的介质层，上下两层的圆环形金属贴片层和两层介质层之间的金属缝隙层组成，空间内的电磁场打向所述天线罩，依次经过上层金属层、金属缝隙层和下层金属层的三层选择性滤波后，从下层金属层输出所需频段的电磁场，并能大幅度抑制杂波的能量。如图2和图3所示，周期单元包括上层金属贴片1、上层介质板2、中间层金属板、下层介质板4和下层金属贴片5，中间层金属板位于上层介质板2和下层介质板4之间，上层金属贴片1贴于上层介质板2上表面，下层金属贴片5贴于下层介质板4上表面，上层金属贴片1和下层金属贴片5均为圆环形金属贴片，结构尺寸相同。如图4所示，中间层金属板设有中间层金属缝隙3，中间层金属缝隙3包括方环形缝隙3b和位于方环形缝隙3b内中心的四个Z字形缝隙3a，四个Z字形缝隙3a以螺旋中心对称方式沿圆周间隔均布，Z字形缝隙3a由中间层金属板中心向外依次分为内段缝隙、中段缝隙和外段缝隙，内段缝隙和外段缝隙均平行于中间层金属板其中一条边，中段缝隙平行于中间层金属板另一条边，中段缝隙衔接于内段缝隙和外段缝隙之间，中段缝隙分别与内段缝隙、外段缝隙相垂直，内段缝隙的长度大于外段缝隙的长度，四个Z字形缝隙3a形成的对称中心和方环形缝隙3b的中心均位于中间层金属板的中心。整个天线罩的工作原理如下：(a)基板上的两层圆形贴片层可分别视为外层的发射与接收天线，并且本身已经为两个谐振的单元，可分别等效为串联谐振回路。(b)嵌入在两侧基板之间的金属缝隙层本身为一个带通结构。而这里我们将缝隙设计成谐振单元，与金属贴片一起形成一个高阶的滤波。(c)为了使天线罩具有更好地选择透过性，在金属缝隙层中，巧妙加入了一个方环形的缝隙，使得该结构的传输响应具有通带往阻带陡峭的特性。本技术实施例以工作在5G移动通信频段的天线罩为例，具体阐述各个部分的实施方式以及各部分的结构参数对于整体的影响：5G移动通信现在最有可能被国际采用的频段在27.5GHz左右，覆盖的带宽大于2GHz本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于天线‑滤波器‑天线阵列的超宽带移动通信天线罩，其特征在于：所述天线罩为主要由多个相同周期单元结构阵列组成的周期性频率选择表面，每个周期单元主要由上下两层的介质层、上下两层的圆环形金属贴片层和两层介质层之间的金属缝隙层组成，空间内的电磁场打向所述天线罩，依次经过上层金属层、金属缝隙层和下层金属层的三层选择性滤波后，从下层金属层输出所需频段的电磁场，并能大幅度抑制杂波的能量。

【技术特征摘要】
1.一种基于天线-滤波器-天线阵列的超宽带移动通信天线罩，其特征在于：所述天线罩为主要由多个相同周期单元结构阵列组成的周期性频率选择表面，每个周期单元主要由上下两层的介质层、上下两层的圆环形金属贴片层和两层介质层之间的金属缝隙层组成，空间内的电磁场打向所述天线罩，依次经过上层金属层、金属缝隙层和下层金属层的三层选择性滤波后，从下层金属层输出所需频段的电磁场，并能大幅度抑制杂波的能量。2.根据权利要求1所述的一种基于天线-滤波器-天线阵列的超宽带移动通信天线罩，其特征在于：所述的周期单元包括上层金属贴片(1)、上层介质板(2)、中间层金属板、下层介质板(4)和下层金属贴片(5)，中间层金属板位于上层介质板(2)和下层介质板(4)之间，上层金属贴片(1)贴于上层介质板(2)上表面，下层金属贴片(5)贴于下层介质板(4)下表面，上层金属贴片(1)和下层金属贴片(5)结构尺寸相同。3.根据权利要求2所述的一种基于天线-滤波器-天线阵列的超宽带移动通信天线罩，其特征在于：所述的中间层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李达，李尔平，俞恢春，项方品，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33