一种辐射方向可控的端射毫米波天线制造技术

本发明专利技术公开了一种辐射方向可控的端射毫米波天线，所述天线为轴对称结构，包括T形介质基板，所述T形介质基板上设有耦合器、两个激励端口和两个辐射体；所述耦合器设置在两个激励端口与两个辐射体之间，耦合器采用基板集成波导构成，基板集成波导的两排过孔之间设有一耦合窗口，所述耦合窗口与两排过孔之间分别设有耦合相位控制单元。本发明专利技术的辐射方向可控，且方向性好、增益高、前后比高、结构简单、易加工、体积小、成本低，可以应用于毫米波短距离无线通讯系统之中。

An end launched millimeter wave antenna with controllable radiation direction

The invention discloses a radiation controlled endfire millimeter wave antenna, the antenna is a symmetric structure, including T shaped dielectric substrate, the substrate is provided with a T shaped coupler, two excitation ports and two radiator; the coupler is arranged between the two excitation port with two radiator. The substrate integrated waveguide coupler, substrate integrated waveguide coupled with two rows of a window hole between the coupling window and two rows of holes are respectively arranged between the coupling phase control unit. The radiation direction of the invention is controllable, with good directivity, high gain, high front and back ratio, simple structure, easy processing, small volume and low cost, and can be applied to millimeter wave short distance wireless communication system.

【技术实现步骤摘要】
一种辐射方向可控的端射毫米波天线
本专利技术涉及一种端射毫米波天线，尤其是一种辐射方向可控的端射毫米波天线，属于无线移动通信

技术介绍
随着低频电磁波频谱资源日益趋于枯竭，毫米波频段的频谱资源的利用越来越引起学术界的关注。端射天线相较于边射天线更适合运用于终端设备中，因为端射天线的辐射不易受到手的影响而边射天线的辐射可能会受到手的阻挡，从而影响通讯质量。高前后比的天线能够有效抑制背向辐射，同时能够避免接收到来自天线背端的信号。一般的波束可控天线都是通过利用二极管的单向导电性来实现的，但是目前二极管最高的工作频率只能达到15GHz左右，因此毫米波天线实现波束可控不能采用加载二极管的方法。目前毫米波实现波束可控一般通过使用巴特勒矩形的方法，但是巴特勒矩阵的结构过于复杂，并且体积十分的庞大。零折射率超材料由于能够有效提高天线的辐射增益并且具有结构简单便于与天线集成设计等优点，被广泛的应用在各种天线设计中。为了提高天线覆盖距离距离减小天线的体积同时提高终端设备的通讯质量，设计一款可实现波束可控的端射毫米波天线是十分必要的。据调查与了解，已经公开的现有技术如下：2016年，Hao-TaoHu,Fu-ChangChen,等人在“IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION”发表题为“ACompactDirectionalSlotAntennaandItsApplicationinMIMOArray”的文章中，设计了一款高前后比的端射缝隙天线，通过使用两个已经具有一定方向性的缝隙天线组成一个间距相隔1/4波导波长馈电相位相差90度的二元阵，实现了高前后比的特性，最高的前后比达到了19.2dBi。但是该天线只能实现一个方向的定向辐射，并且最高增益只能达到5.5dBi左右。2016年，YujianLi,Kwai-ManLuk,等人在“IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION”发表题为“AMultibeamEnd-FireMagnetoelectricDipoleAntennaArrayforMillimeter-WaveApplications”的文章中，设计了一种八波束的端射毫米波天线阵列，该天线的波束可控是采用8*8的巴特勒矩形实现的，并且天线单元采用了宽带的端射电磁偶极子天线，使整个天线阵列具有很宽的工作带宽。但是巴特勒矩形的结构十分的复杂，需要移相器、3dB耦合器、交叉结等器件，造成整个天线的结构十分的复杂，并且体积庞大。整个天线需要使用三层介质板，加工难度较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的不足之处，提供了一种辐射方向可控的端射毫米波天线，该天线的辐射方向可控，且方向性好、增益高、前后比高、结构简单、易加工、体积小、成本低，可以应用于毫米波短距离无线通讯系统之中。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种辐射方向可控的端射毫米波天线，所述天线为轴对称结构，包括T形介质基板，所述T形介质基板上设有耦合器、两个激励端口和两个辐射体；所述耦合器设置在两个激励端口与两个辐射体之间，耦合器采用基板集成波导构成，基板集成波导的两排过孔之间设有一耦合窗口，所述耦合窗口与两排过孔之间分别设有耦合相位控制单元。进一步的，所述两个激励端口均采用接地共面波导构成，两个激励端口的前端连接微波接头，末端呈喇叭状扩张。进一步的，所述两个辐射体均为电偶极子，两个电偶极子之间的间距为1/4波导波长。进一步的，每个电偶极子包括四条金属臂，其中两条金属臂位于T形介质基板的上表面，另外两条金属臂位于T形介质基板的下表面，所述T形介质基板上表面的两条金属臂通过金属过孔与T形介质基板下表面的两条金属臂一一对应相连。进一步的，所述T形介质基板上还设有四条下底宽上底细的等腰梯形金属带线；其中两条等腰梯形金属带线分别位于T形介质基板的上、下表面，构成宽带阶梯型平面耦合双线，该宽带阶梯型平面耦合双线与其中一个辐射体相连。另外两条等腰梯形金属带线也分别位于T形介质基板的上、下表面，也构成宽带阶梯型平面耦合双线，该宽带阶梯型平面耦合双线与另一个辐射体相连。进一步的，所述T形介质基板上表面的等腰梯形金属带线下底宽度大于T形介质基板下表面的等腰梯形金属带线下底宽度。进一步的，所述T形介质基板上还设有两组ZIM，每组ZIM包括多个ZIM单元，每两个相邻的ZIM单元之间的间距相同。进一步的，每组ZIM的ZIM单元为三个。进一步的，每个ZIM单元包括两条平行且相同的矩形金属带线和两条相同的“几”形金属弯折线，两条“几”形金属弯折线分别位于左、右两侧，且相连在一起，两条矩形金属带线与两条“几”形金属弯折线一一对应相连。进一步的，所述T形介质基板上还设有与耦合器末端相连的三条矩形金属枝节，其中一条矩形金属枝节位于另外两条矩形金属枝节之间，且长度大于另外两条矩形金属枝节的长度，另外两条矩形金属枝节的长度相同。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的端射毫米波天线设计了T形介质基板，T形介质基板上设置耦合器、两个激励端口和两个辐射体，耦合器采用基板集成波导构成，基板集成波导的两排过孔之间设有一耦合窗口，耦合窗口与两排过孔之间分别设有耦合相位控制单元，通过耦合相位控制单元可以控制耦合相位，实现了功率的等分输出并且相位相差90度，使得电磁信号从两个激励端口馈入形成的天线辐射方向图形状大致相同，但是方向完全反向，说明具有波束可控的特性；此外，只需要采用一层介质板，大大降低了天线的加工难度，不使用巴特勒矩形，只需要使用一个耦合器用于控制相位，大大减小了天线的体积与复杂程度，同时成本低，成品率高，制作过程简单，可以满足毫米波天线对低造价的要求。2、本专利技术的端射毫米波天线的两个激励端口末端呈喇叭状扩张，以实现接地共面波导与基板集成波导之间的阻抗匹配，从而实现接地共面波导与基板集成波导之间平滑过渡。3、本专利技术的端射毫米波天线的两个辐射体均采用电偶极子，两个电偶极子之间的间距为1/4波导波长，经由耦合器等幅90度相位差馈电后，能够实现辐射方向图的高前后比特性。4、本专利技术的端射毫米波天线的T形介质基板上还可以设置四条下底宽上底细的等腰梯形金属带线，其中两条等腰梯形金属带线构成宽带阶梯型平面耦合双线，另外两条等腰梯形金属带线也构成宽带阶梯型平面耦合双线，通过宽带阶梯型平面耦合双线实现辐射体与基板集成波导的阻抗匹配。5、本专利技术的端射毫米波天线的T形介质基板上还可以设置两组ZIM，每组ZIM包括多个ZIM单元，通过加载ZIM结构实现了天线增益的提高，使天线的最高增益达到了7.5dBi并且频带范围内的增益均高于5dBi。6、本专利技术的端射毫米波天线的T形介质基板上还可以设置三条矩形金属枝节，三条矩形金属枝节均与耦合器的末端相连，且其中一条矩形金属枝节的长度大于另外两条矩形金属枝节的长度，另外两条矩形金属枝节的长度相同，通过引入这三条矩形金属枝节，天线的前后比得到了较大的提高。附图说明图1为本专利技术实施例1的辐射方向可控的端射毫米波天线的立体图。图2为本专利技术实施例1的辐射方向可控的端射毫米波天线的上表面结构图。图3为本专利技术实施例1的辐射方向可控的端射毫米波天线的下表面结构图。图4为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辐射方向可控的端射毫米波天线，其特征在于：所述天线为轴对称结构，包括T形介质基板，所述T形介质基板上设有耦合器、两个激励端口和两个辐射体；所述耦合器设置在两个激励端口与两个辐射体之间，耦合器采用基板集成波导构成，基板集成波导的两排过孔之间设有一耦合窗口，所述耦合窗口与两排过孔之间分别设有耦合相位控制单元。

【技术特征摘要】
1.一种辐射方向可控的端射毫米波天线，其特征在于：所述天线为轴对称结构，包括T形介质基板，所述T形介质基板上设有耦合器、两个激励端口和两个辐射体；所述耦合器设置在两个激励端口与两个辐射体之间，耦合器采用基板集成波导构成，基板集成波导的两排过孔之间设有一耦合窗口，所述耦合窗口与两排过孔之间分别设有耦合相位控制单元。2.根据权利要求1所述的一种辐射方向可控的端射毫米波天线，其特征在于：所述两个激励端口均采用接地共面波导构成，两个激励端口的前端连接微波接头，末端呈喇叭状扩张。3.根据权利要求1所述的一种辐射方向可控的端射毫米波天线，其特征在于：所述两个辐射体均为电偶极子，两个电偶极子之间的间距为1/4波导波长。4.根据权利要求3所述的一种辐射方向可控的端射毫米波天线，其特征在于：每个电偶极子包括四条金属臂，其中两条金属臂位于T形介质基板的上表面，另外两条金属臂位于T形介质基板的下表面，所述T形介质基板上表面的两条金属臂通过金属过孔与T形介质基板下表面的两条金属臂一一对应相连。5.根据权利要求1所述的一种辐射方向可控的端射毫米波天线，其特征在于：所述T形介质基板上还设有四条下底宽上底细的等腰梯形金属带线；其中两条等腰梯形金属带线分别位于T形介质基板的上、下表面，构成宽带阶梯型平面耦合双线，该宽带阶梯型平面耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂治红，甘正，姚越，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44