一种可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线制造技术

本发明专利技术提出了一种可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，包括上下层叠的第一介质板和第二介质板，第一介质板上表面印制有至少四个一条对角线上有环形缝隙的正方形寄生贴片单元，形成旋转对称结构，且相邻寄生贴片单元间的角度相等；第二介质板上表面印制有馈电网络和至少四个一对对角上有扰动枝节的正方形辐射贴片单元，下表面印制有金属接地板；馈电网络的每个输出臂包含一段锥形渐变线，辐射贴片单元位于寄生贴片单元的正下方，且其扰动枝节所在对角线与寄生贴片单元环形缝隙所在对角线方向一致。本发明专利技术在保证5G通信28GHz工作频段内保持良好的全向圆极化特性，满足D2D通信需求的同时，提高了天线的功率容量。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线
本专利技术属于天线
，尤其涉及一种可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，可用于5G系统中的D2D通信。
技术介绍
圆极化波被广泛用于现代无线系统，圆极化天线可以避免复杂无线信道中的极化失配问题；全向天线具有广阔的辐射覆盖范围，能够实现多用户之间的多种通信联系。因此全向圆极化天线在遥感遥测、空间飞行器、海上通信以及无线通信等诸多领域有着广泛的应用。然而，目前全向圆极化天线的研究主要集中在微波频段，在毫米波频段实现全向圆极化尤其困难。目前已知的实现毫米波全向圆极化天线的方法主要包括：1、2014年，Electron.Lett.刊登了P.K.Verma,R.Kumar等人题为“Ka-bandcircularlypolarizeomnidirectionalantennaforwideelevationcoverage”的文章中，公开了一种由圆形波导上的斜槽和同轴馈电探头组成的天线，该天线通过周围的偏振器将单极子的线极化波转换成圆极化波，实现了毫米波频段的全向圆极化，这种结构尺寸比较大为不能满足小型化要求。2、中国专利授权号CN103094666B公开了基于圆极化喇叭的毫米波全向圆极化天线，该天线由毫米波圆极化喇叭和金属圆锥体反射面组成，实现了毫米波频段的全向圆极化，但这种天线尺寸大，剖面高，不能满足小型化要求。3、环形阵列天线，常见的是微带形式的环形阵列天线，利用等幅功分网络，对各个单元进行馈电，可实现方位面上全向辐射。同时对微带单元进行切角处理或者采用双馈电结构，以实现圆极化特性，但是微带单元切边角形式的微带天线，其轴比带宽通常只有1％～3％，而且组阵后，因为微带天线高次模杂散辐射，天线交叉极化增强，从而导致圆极化特性恶化，轴比带宽降低，因此采用这种实现方式的天线驻波带宽以及轴比带宽较窄。4、2017年，IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION，刊登了WeiLin等人题为“28GHzCompactOmnidirectionalCircularlyPolarizedAntennaforDevice-to-DeviceCommunicationsintheFuture5GSystems”的文章中，公开了一种将电磁偶极子元件印制在单片介质基板上，系统地集成为一个紧凑的盘形结构，该天线以形成平行的电磁偶极子来实现全向圆极化，尺寸紧凑、首次实现了5G通信28GHz频段的全向圆极化，但是该天线结构中连接旋臂的金属线过于纤细，造成功率容量较低，在长时间使用中，容易损坏。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供了一种可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，在实现5G通信28GHz工作频段内良好的全向圆极化特性，满足D2D通信需求的同时，提高天线的功率容量。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案，包括上下层叠的第一介质板1和第二介质板2；所述第一介质板1的上表面印制有由至少四个寄生贴片单元3组成的旋转对称结构的寄生贴片阵列，且相邻寄生贴片单元3之间的角度相等，所述寄生贴片单元3采用一条对角线上设置有环形缝隙的正方形结构；所述第二介质板2的上表面的中心位置印制有馈电网络4，该馈电网络4包括至少四个相连的输出臂，每个输出臂的输出端各连接一个辐射贴片单元5，所述辐射贴片单元5采用一对对角上设置有扰动枝节的正方形结构，所述第二介质板3的下表面印制有金属接地板6；所述第二介质板2上表面印制的辐射贴片单元5，位于第一介质板1上表面印制的寄生贴片单元3在第二介质板2的投影位置，且辐射贴片单元5设置扰动枝节的对角所在对角线与寄生贴片单元3设置环形缝隙的对角线方向一致。上述可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，所述寄生贴片单元3，其上设置的环形缝隙采用圆环形缝隙，其圆心位于该寄生贴片单元3任意一条对角线上，且距离该对角线上一个对角与该寄生贴片单元3的几何中心的距离相等。上述可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，所述至少四个寄生贴片单元3，关于第一介质板1的中心法线旋转对称。上述可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，所述馈电网络4，其至少四个相连的输出臂关于第一介质板1的中心法线旋转对称，每个输出臂由锥形渐变线和均匀传输线拼接而成。上述可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，所述馈电网络4，其几何中心位于第二介质板2的中心法线上。上述可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，所述辐射贴片单元5，其一对对角上设置的扰动枝节为矩形。上述可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，所述馈电网络4，其每个输出臂的输出端上连接的辐射贴片单元5，连接点位于辐射贴片单元5一边的中心。上述可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，所述金属接地板6，其中心位置蚀刻有圆环形缝隙。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术第一介质板上表面印制有寄生贴片阵列，第二介质板上表面印制有辐射贴片阵列，两者均为旋转对称结构，且相邻单元间角度相等，对其等幅同相馈电形成全向方向图；寄生贴片单元与辐射贴片单元都具有圆极化特性，两者激励起同样旋向，具有一定相差的圆极化波，二者相叠加，展宽了轴比带宽，且组阵之后仍保留了圆极化特性；本专利技术在实现5G通信28GHz频段内良好的全向圆极化特性，满足D2D通信需求的同时，选用的微带线宽度相对较宽，功率容量相对较高，与现有技术相比，有效延长了天线的使用寿命。2、本专利技术采用上下层叠的第一介质板和第二介质板，双层结构使得天线整体的介质板变厚，降低了天线的Q值，同时寄生贴片单元与辐射贴片单元具有相近的谐振频率，与现有技术相比，拓宽了天线的阻抗带宽。3、本专利技术辐射贴片单元上的扰动枝节使得辐射贴片单元可以形成圆极化波，寄生贴片单元引入环形缝隙引导电流使得寄生贴片单元可以产生圆极化波，且扰动枝节所在对角线与环形缝隙所在对角线方向一致，使得辐射贴片单元和寄生贴片单元激励起了同样旋向，具有一定相差的圆极化波，二者相叠加，展宽了轴比带宽。附图说明图1是本专利技术实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术寄生贴片单元的结构示意图；图3是本专利技术第二介质板的上表面的结构示意图；图4是本专利技术馈电网络的结构示意图；图5是本专利技术辐射贴片单元的结构示意图；图6是本专利技术实施例的28GHz频点E面仿真方向图；图7是本专利技术实施例的28GHz频点全向圆极化天线的全向特性仿真图；图8是本专利技术实施例的S11参数-频率仿真结果图；图9是本专利技术实施例的不同仰角上的轴比-频率仿真结果图；图10为本专利技术实施例的不同仰角上的增益-频率仿真结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细描述：参照图1，本专利技术包括上下层叠的第一介质板和第二介质板，第一介质板上表面印制有四个寄生贴片单元，第二介质板上表面印制有馈电网络和四个辐射贴片单元，下表面印制有金属接地板。上下层叠的第一介质板1和第二介质板2都为正方形板材，边长为8.4mm，且各边相互平行，其中第一介质基板1为RogersRT/duroid5880，厚度为0.787mm；第一介质板选用相对介电常数较低的介质基板可以减少表面波，一定程度上降低了单元间的干扰；第二介质板2考虑到工业生产成本与天线性能要求，选择RogersRO4350，厚度为0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，其特征在于，包括上下层叠的第一介质板(1)和第二介质板(2)；所述第一介质板(1)的上表面印制有由至少四个寄生贴片单元(3)组成的旋转对称结构的寄生贴片阵列，且相邻寄生贴片单元(3)之间的角度相等，所述寄生贴片单元(3)采用一条对角线上设置有环形缝隙的正方形结构；所述第二介质板(2)的上表面的中心位置印制有馈电网络(4)，该馈电网络(4)包括至少四个相连的输出臂，每个输出臂的输出端各连接一个辐射贴片单元(5)，所述辐射贴片单元(5)采用一对对角上设置有扰动枝节的正方形结构，所述第二介质板(3)的下表面印制有金属接地板(6)；所述第二介质板(2)上表面印制的辐射贴片单元(5)，位于第一介质板(1)上表面印制的寄生贴片单元(3)在第二介质板(2)的投影位置，且辐射贴片单元(5)设置扰动枝节的对角所在对角线与寄生贴片单元(3)设置环形缝隙的对角线方向一致。

【技术特征摘要】
1.一种可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，其特征在于，包括上下层叠的第一介质板(1)和第二介质板(2)；所述第一介质板(1)的上表面印制有由至少四个寄生贴片单元(3)组成的旋转对称结构的寄生贴片阵列，且相邻寄生贴片单元(3)之间的角度相等，所述寄生贴片单元(3)采用一条对角线上设置有环形缝隙的正方形结构；所述第二介质板(2)的上表面的中心位置印制有馈电网络(4)，该馈电网络(4)包括至少四个相连的输出臂，每个输出臂的输出端各连接一个辐射贴片单元(5)，所述辐射贴片单元(5)采用一对对角上设置有扰动枝节的正方形结构，所述第二介质板(3)的下表面印制有金属接地板(6)；所述第二介质板(2)上表面印制的辐射贴片单元(5)，位于第一介质板(1)上表面印制的寄生贴片单元(3)在第二介质板(2)的投影位置，且辐射贴片单元(5)设置扰动枝节的对角所在对角线与寄生贴片单元(3)设置环形缝隙的对角线方向一致。2.根据权利要求1所述的可用于5G通信的毫米波全向圆极化天线，其特征在于：所述寄生贴片单元(3)，其上设置的环形缝隙采用圆环形缝隙，其圆心位于该寄生贴片单元(3)任意一条对角线上，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹艳林，薛裕晓，胡培峰，郭景丽，孙保华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61