一种MIMO毫米波微带阵列天线制造技术

本发明专利技术提供一种MIMO毫米波微带阵列天线，包括介质基板、第一接地板，介质基板上设置有至少两个发射线阵天线、至少两个接收线阵天线；发射线阵天线、接收线阵天线具有相同的基础结构；发射线阵天线的基础结构是，发射线阵天线包括辐射贴片结构、阻抗变换结构；阻抗变换结构包括第一阻抗变换贴片单元、第二阻抗变换贴片单元、第三阻抗变换贴片单元。本发明专利技术中，通过设计大带宽，可以留充足余量使得天线性能适应在设计误差范围内、温度波动范围内、可靠性波动范围内都能满足要求。从而也保证量产的一致性，设计的带宽的充足余量也使得产品免去高频昂贵仪器的测试，提高研发效率和节约经济成本。

【技术实现步骤摘要】
一种MIMO毫米波微带阵列天线
本专利技术涉及一种MIMO毫米波微带阵列天线，尤其涉及一种MIMO微带阵列毫米波天线。
技术介绍
在毫米波天线设计中，由于频率高，设计高性价比的毫米波天线是业界难点。由于天线的增益、带宽、旁瓣指标是相互矛盾的，所以如何设计出天线各指标都好，找到最佳平衡点是难题。再加上考虑成本和工艺实现难易程度，更增加了难度。现有毫米波微带天线中，为了匹配芯片输出信号，一般尽量选择厚度较小的高频PCB板材，常用采用0.1mm。采用0.1mm高频板材的毫米波微带天线，加工工艺难度高，良率很低，一致性差，成本上带来很大损失，天线整体性能差。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是针对现有毫米波天线采用厚度较小的高频PCB板材造成加工难度高，工艺复杂，从而使得天线整体性能差，批量生产一致性差，影响量产的问题，提供一种MIMO毫米波微带阵列天线。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种MIMO毫米波微带阵列天线，包括介质基板，所述介质基板下方设置有第一接地板，介质基板上设置有至少两个发射线阵天线、至少两个接收线阵天线；所述发射线阵天线、接收线阵天线均为串联馈电线阵；所述发射线阵天线、接收线阵天线具有相同的基础结构；所述发射线阵天线的基础结构是，所述发射线阵天线包括辐射贴片结构、与辐射贴片结构连接的阻抗变换结构，所述阻抗变换结构包括依次相互接触连接且宽度依次减小的第一阻抗变换贴片单元、第二阻抗变换贴片单元、第三阻抗变换贴片单元，所述辐射贴片结构、第一阻抗变换贴片单元、第二阻抗变换贴片单元、第三阻抗变换贴片单元依次连接；各个发射线阵天线的第三阻抗变换贴片单元、各个接收线阵天线的第三阻抗变换贴片单元均与线阵天线馈电端口独立连接。本专利技术中，通过设置阻抗变换结构，使得可以实现线阵天线馈电端口与辐射线阵之间的阻抗匹配，从而使得线阵天线性能整体得到提升。本专利技术中，利用阻抗变换结构使得本专利技术中的微带阵列天线，从靠近线阵天线馈电端口到远离线阵天线馈电端口的位置，第三阻抗变换贴片单元、第二阻抗变换贴片单元、第一阻抗变换贴片单元的宽度逐渐增大，由于宽度与特性阻抗成反比，因此特性阻抗从大值平滑过渡到小值。若阻抗变换结构包含过多数量的阻抗变换贴片单元，则会增加微带阵列天线的整体长度，进而引入多余插入损耗。进一步地，各个发射线阵天线均相邻设置构成发射线阵，各个接收线阵天线均相邻设置构成接收线阵，所述接收线阵与发射线阵之间、远离发射线阵的接收线阵一侧分别设置有虚拟天线，或所述接收线阵与发射线阵之间、远离接收线阵的发射线阵一侧分别设置有虚拟天线，或每个发射线阵天线两侧均设置有虚拟天线，或每个接收线阵天线两侧均设置有虚拟天线，所述虚拟天线接地；优选地，所述虚拟天线与接收线阵天线具有相同的基础结构；更优选地，所述虚拟天线的第三阻抗变换贴片单元接触连接有第二接地板，所述第二接地板与第一接地板通过接地孔电连接，所述接地孔依次穿过第二接地板、介质基板、第一接地板，所述第二接地板设置在介质基板上；优选地，所述发射线阵天线、接收线阵天线、虚拟天线均平行设置；优选地，设置在接收线阵与发射线阵之间的虚拟天线与其相邻的发射线阵的发射线阵天线的距离不小于λg/2，各个接收线阵天线之间的距离、接收线阵天线与虚拟天线之间的距离相等且均为λg/2；各个发射线阵天线之间的距离为2λg其中，λg为微带阵列天线的导波波长。通过在接收线阵两侧设置虚拟天线，从而可以增加面阵天线收发隔离度，提高抗干扰能力，增加系统接收信号信噪比，从而增强信号质量。本专利技术中，可以在每个发射天线，接收天线两侧设置虚拟天线。考虑成本，空间布局大小，一般设置在整个接收天线两侧，或者发射天线两侧。其目的，使得发射和接收天线互相隔离即可。通过设置虚拟天线与接收线阵天线具有相同的基础结构，可以让虚拟天线与接收线阵天线具有一样的工作状态，从而使得从发射天线耦合过来的干扰信号被隔离，让这些干扰信号经过虚拟天线到地，从而令接收天线只接收有用信号，从而增加了MIMO毫米波微带阵列天线的接收、发射隔离度和接收线阵天线信号的信噪比质量。进一步地，阻抗变换结构中的各个阻抗变换贴片单元均为矩形贴片单元；所述第一阻抗变换贴片单元的特性阻抗、第二阻抗变换贴片单元的特性阻抗、第三阻抗变换贴片单元的特性阻抗满足如下关系式其中，Zc为辐射贴片结构中与阻抗变换结构距离最近的辐射贴片单元与第三阻抗变换贴片单元之间的特性阻抗，Z41、Z42、Z43分别为第一阻抗变换贴片单元、第二阻抗变换贴片单元、第三阻抗变换贴片单元的特性阻抗，Zb为辐射贴片结构中与阻抗变换结构距离最近的辐射贴片单元的特性阻抗，辐射贴片结构中的各个辐射贴片单元、阻抗变换结构中的各个阻抗变换贴片单元的特性阻抗均根据下式计算其中εe为有效介电常数，d为介质基板的厚度，W为贴片单元宽度，Zf为自由空间波阻抗；所述第一阻抗变换贴片单元的长度H(5)、第二阻抗变换贴片单元的长度H(6)、第三阻抗变换贴片单元的长度H(7)分别为H(5)＝H(6)＝1/4λg、H(7)≥1/4λg；优选地，所述发射线阵天线的第三阻抗变换贴片单元的两侧、所述接收线阵天线的第三阻抗变换贴片单元的两侧均设置有第二接地板，所述第二接地板与第一接地板通过接地孔电连接，所述接地孔依次穿过第二接地板、介质基板、第一接地板，所述第二接地板设置在介质基板上，且所述第二阻抗变换贴片单元与第二接地板之间距离Hb的范围为1/4λg<Hb<5/4λg。进一步地，所述辐射贴片结构为中心对称结构，所述辐射贴片结构包括偶数个等距设置且长度相同的辐射贴片单元，所述辐射贴片结构还包括将各个辐射贴片单元相互串联的阵元馈线，所述辐射贴片单元均为矩形贴片单元；优选地，所述辐射贴片结构中各个辐射贴片单元之间的距离为λg/2。进一步地，所述辐射贴片结构包括通过阵元馈线依次连接的第一辐射贴片单元、第二辐射贴片单元、第三辐射贴片单元、第四辐射贴片单元、第五辐射贴片单元、第六辐射贴片单元、第七辐射贴片单元、第八辐射贴片单元，所述辐射贴片结构的中心位于连接第四辐射贴片单元、第五辐射贴片单元的阵元馈线上，所述第一辐射贴片单元、第二辐射贴片单元、第三辐射贴片单元、第四辐射贴片单元分别与第八辐射贴片单元、第七辐射贴片单元、第六辐射贴片单元、第五辐射贴片单元关于辐射贴片结构的中心对称，所述第一辐射贴片单元、第二辐射贴片单元、第三辐射贴片单元、第四辐射贴片单元分别与第八辐射贴片单元、第七辐射贴片单元、第六辐射贴片单元、第五辐射贴片单元具有相同尺寸，所述第八辐射贴片单元与第一阻抗变换贴片单元接触连接；优选地，所述第四辐射贴片单元的宽度W(4)利用下式计算其中c表示真空中光速，f0表示毫米波微带阵列天线的工作频率，εr为介质基板的相对介电常数；优选地，所述辐射贴片结构中各个辐射贴片单元的长度H(4)为其中，c表示真空中光速，f0表示微带阵列天线的工作频率，d为介质基板的厚度，εe为有效介电常数。进一步地，所述发射线阵天线、接收线阵天线在线阵天线的长度方向上的总长度均为19.7mm。进一步地，所述MIMO毫米波微带阵列天线的最大增益为13.3dBi。进一步地，所述MIMO毫米波微带阵列天线的工作频率为74.5-81GHz，带宽为6.5G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MIMO毫米波微带阵列天线，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)下方设置有第一接地板(21)，介质基板(1)上设置有至少两个发射线阵天线(10)、至少两个接收线阵天线(20)；所述发射线阵天线(10)、接收线阵天线(20)均为串联馈电线阵；其特征在于：所述发射线阵天线(10)、接收线阵天线(20)具有相同的基础结构；所述发射线阵天线(10)的基础结构是，所述发射线阵天线(10)包括辐射贴片结构、与辐射贴片结构连接的阻抗变换结构，所述阻抗变换结构包括依次相互接触连接且宽度依次减小的第一阻抗变换贴片单元(41)、第二阻抗变换贴片单元(42)、第三阻抗变换贴片单元(43)，所述辐射贴片结构、第一阻抗变换贴片单元(41)、第二阻抗变换贴片单元(42)、第三阻抗变换贴片单元(43)依次连接；各个发射线阵天线(10)的第三阻抗变换贴片单元(43)、各个接收线阵天线(20)的第三阻抗变换贴片单元(43)均与线阵天线馈电端口独立连接。

【技术特征摘要】
1.一种MIMO毫米波微带阵列天线，包括介质基板(1)，所述介质基板(1)下方设置有第一接地板(21)，介质基板(1)上设置有至少两个发射线阵天线(10)、至少两个接收线阵天线(20)；所述发射线阵天线(10)、接收线阵天线(20)均为串联馈电线阵；其特征在于：所述发射线阵天线(10)、接收线阵天线(20)具有相同的基础结构；所述发射线阵天线(10)的基础结构是，所述发射线阵天线(10)包括辐射贴片结构、与辐射贴片结构连接的阻抗变换结构，所述阻抗变换结构包括依次相互接触连接且宽度依次减小的第一阻抗变换贴片单元(41)、第二阻抗变换贴片单元(42)、第三阻抗变换贴片单元(43)，所述辐射贴片结构、第一阻抗变换贴片单元(41)、第二阻抗变换贴片单元(42)、第三阻抗变换贴片单元(43)依次连接；各个发射线阵天线(10)的第三阻抗变换贴片单元(43)、各个接收线阵天线(20)的第三阻抗变换贴片单元(43)均与线阵天线馈电端口独立连接。2.根据权利要求1所述的MIMO毫米波微带阵列天线，其特征在于：各个发射线阵天线(10)均相邻设置构成发射线阵，各个接收线阵天线(20)均相邻设置构成接收线阵，所述接收线阵与发射线阵之间、远离发射线阵的接收线阵一侧分别设置有虚拟天线(30)，或所述接收线阵与发射线阵之间、远离接收线阵的发射线阵一侧分别设置有虚拟天线(30)，或每个发射线阵天线(10)两侧均设置有虚拟天线(30)，或每个接收线阵天线(20)两侧均设置有虚拟天线(30)，所述虚拟天线(30)接地；优选地，所述虚拟天线(30)与接收线阵天线(20)具有相同的基础结构；更优选地，所述虚拟天线(30)的第三阻抗变换贴片单元(43)接触连接有第二接地板(22)，所述第二接地板(22)与第一接地板(21)通过接地孔(6)电连接，所述接地孔(6)依次穿过第二接地板(22)、介质基板(1)、第一接地板(21)，所述第二接地板(22)设置在介质基板(1)上；优选地，所述发射线阵天线(10)、接收线阵天线(20)、虚拟天线(30)均平行设置；优选地，设置在接收线阵与发射线阵之间的虚拟天线(30)与其相邻的发射线阵的发射线阵天线(10)的距离不小于λg/2，各个接收线阵天线(20)之间的距离、接收线阵天线(20)与虚拟天线(30)之间的距离相等且均为λg/2，各个发射线阵天线(10)之间的距离为2λg，其中，λg为微带阵列天线的导波波长。3.根据权利要求1所述的MIMO毫米波微带阵列天线，其特征在于：阻抗变换结构中的各个阻抗变换贴片单元均为矩形贴片单元；所述第一阻抗变换贴片单元(41)的特性阻抗、第二阻抗变换贴片单元(42)的特性阻抗、第三阻抗变换贴片单元(43)的特性阻抗满足如下关系式其中，Zc为辐射贴片结构中与阻抗变换结构距离最近的辐射贴片单元与第三阻抗变换贴片单元(43)之间的特性阻抗，Z41、Z42、Z43分别为第一阻抗变换贴片单元(41)、第二阻抗变换贴片单元(42)、第三阻抗变换贴片单元(43)的特性阻抗，Zb为辐射贴片结构中与阻抗变换结构距离最近的辐射贴片单元的特性阻抗，辐射贴片结构中的各个辐射贴片单元、阻抗变换结构中的各个阻抗变换贴片单元的特性阻抗均根据下式计算其中Z0为待计算的贴片单元的特性阻抗，εe为有效介电常数，d为介质基板(1)的厚度，W为贴片单元的宽度，Zf为自由空间波阻抗；所述第一阻抗变换贴片单元(41)的长度H(5)、第二阻抗变换贴片单元(42)的长度H(6)、第三阻抗变换贴片单元(43)的长度H(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚亚军，
申请(专利权)人：长沙瑞感电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43