用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线阵制造技术

本实用新型专利技术公开了一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片(11a)、第二层基片(11b)、第三层基片(11c)、第四层基片(11d)四层基片构成；在第一层基片(11a)与第二层基片(11b)之间设有第一粘接层(11e)，第二层基片(11b)与第三层基片(11c)之间设有第二粘接层(11f)，第三层基片(11c)与第四层基片(11d)之间设有第三粘接层(11g)，天线尺寸为0.4λ

【技术实现步骤摘要】
用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线阵
本技术属于无线通信系统电子器件领域，具体涉及一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线及其组成的阵列。本技术所设计的天线具有两个端口，在每个端口分别被激励时，可以产生正交线极化的边射方向图，能够在一个宽频带内支持双线极化多输入多输出通信模式，适用于移动终端毫米波通信系统、宽带多输入多输出通信系统等领域。
技术介绍
随着2019年第五代移动通信(5G)开始商用，移动通信技术自专利技术以来历经了五代的更新发展，现代化的生活对移动通信技术提出了更高的要求，高数据传输速率、高连接密度、低时延、以及6GHz以下有限的频谱状态使得毫米波移动通信应运而生。毫米波技术是5G的核心技术之一，毫米波频段未被开发利用的丰富频谱资源可以满足宽带高速率无线通信。得益于毫米波通信低时延、高连接密度的优势，毫米波通信的开发利用，可以广泛应用于解决汽车雷达高精度探物、车联网实时通信、物联网中超量设备接入等问题。在移动通信领域，毫米波通信技术的应用可以实现终端高清直播、超密集人群场所稳定信号接入、室内高速率通信等。目前终端的毫米波通信方案是在手机、平板等内部装配若干毫米波模组，尽可能实现大范围的波束覆盖。为了应对毫米波在空间中传播时损耗较高的固有缺点，将天线组阵后通过移相器芯片获得多波束高增益是实现毫米波频段稳定通信性能的一种常用方案。但是在移动终端有限的体积、复杂的环境下实现小型化、低剖面宽带双极化毫米波天线阵列十分具有挑战性。目前已报道的终端手机天线研究主要还停留在宽带单极化、非小型化宽带双极化上，这些设计都难以在移动终端上应用。此外，也有针对双频双极化终端天线的研究，但是由于其带宽限制及加工难度大同样难以应用在移动终端上。本技术提出了一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线及其组成的阵列。天线结构通过具有封闭特性的带状线作为馈线形式，通过缝隙耦合的方式向双层小型化开槽椭圆形贴片馈入电磁波信号，并利用在带状线层中加载短路针的方法降低了单元端口间以及阵列单元间的耦合，提升了波束扫描性能。本技术所设计的天线能够在21.4％的带宽内实现双极化边射功能，其端口耦合系数小于-48dB。将设计的天线按照1×4的形式组阵实现高增益阵列天线，利用3bit移相器可以实现阵列±45°的扫描。相比于现有的移动终端天线，本技术设计的天线具有小型化、低剖面、宽带、双极化、高端口隔离度、宽角度扫描等优势，在5G终端毫米波通信系统中具有重要的应用前景。
技术实现思路
技术问题：为了解决5G移动终端实现宽带毫米波通信的天线问题，本技术提供了一种适用于移动终端复杂环境下的小型化宽带双极化边射天线。该天线由四层基片、三层粘接层、正交带状线馈线、连接带状线上下层金属地板的短路针、正交工字形缝隙以及双层开槽椭圆形贴片组成，天线尺寸为4.5mm×4.5mm(0.4λ0×0.4λ0)，总厚度为1.621mm(0.15λ0)，λ0为27GHz时的自由空间波长。该天线可以在宽频带(23.99-29.77GHz，21.4％)内实现双极化边射，并且带宽内端口隔离度小于-48dB。将天线组成1×4的线阵并用3bit移相器实现了天线阵列高增益的波束扫描性能，扫描角度达到±45°。技术方案：本技术是一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片、第二层基片、第三层基片、第四层基片四层基片构成；在第一层基片与第二层基片之间设有第一粘接层，第二层基片与第三层基片之间设有第二粘接层，第三层基片与第四层基片之间设有第三粘接层；在第一层基片上表面设有正交带状线馈线，在第二层基片上表面设有带状线上层金属地板，在带状线上层金属地板上设有正交工字形缝隙，在第三层基片上表面设有第一层开槽椭圆形贴片，在第四层基片上表面设有第二层开槽椭圆形贴片，带状线下层金属地板位于第一层基片的底面。其中，所述正交带状线馈线包括竖向正交带状线和横向正交带状线构成，竖向正交带状线与横向正交带状线之间垂直设置。所述竖向正交带状线的一端设有端口a，横向正交带状线的一端设有端口b。所述连接带状线下层金属地板、带状线上层金属地板的短路针由围绕本贴片天线一圈的短路针以及正交带状线馈线间的N个短路针组成，其中N≥2。所述正交工字形缝隙包括横向工字形缝隙和竖向工字形缝隙，横向工字形缝隙与竖向工字形缝隙之间垂直设置，位于带状线上层金属地板上，并且正交带状线馈线上方。所述第二层开槽椭圆形贴片位于第一层开槽椭圆形贴片上方，第一层开槽椭圆形贴片位于带状线上层金属地板的上方，该两层开槽椭圆形贴片同心。所述贴片天线，其带状线上下层金属地板的大小、基片的大小以及粘接层的大小都为lsub1×wsub1，取值都为4.5mm；所述正交带状线馈线的宽度为wf，其值为0.33mm，与端口a连接的带状线的长度为lf1，与端口b连接的带状线的长度为lf2，其值分别为1.75mm和2.6mm。所述短路针，其直径为Dvia，两两之间相距为lvia；在正交带状线馈线之间有N个直径为Dvia的连接带状线上下金属地板的短路针，短路针之间相距分别为l1，l2和l3，其中Dvia的取值为0.2mm，lvia的取值为0.41mm，l1，l2和l3的取值分别为1.2mm，0.6mm和0.6mm，N的取值为6。所述横向工字形缝隙和竖向工字形缝隙，横向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg1，宽度为wg1，其值分别为1.2mm和0.2mm，横向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg2，宽度为wg2，其值分别为1.45mm和0.25mm；竖向工字形缝隙的第一缝隙的长度为lg3，宽度为wg3，其值分别为1mm和0.15mm，竖向工字形缝隙的第二缝隙的长度为lg4，宽度为wg4，其值分别为1.3mm和0.25mm。所述第一层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp1，第一层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp2，其值分别为1.236mm和1.2mm，第二层开槽椭圆形贴片的长轴半径Rp3，第二层开槽椭圆形贴片的短轴半径Rp4，其值分别为1.475mm和1.49mm；第一层开槽椭圆形贴片上有四个矩形槽，矩形槽长度为lp1，宽度为wp1，其值为0.62mm和0.16mm，每个槽间隔角度为αp1，其值为45°，第二层开槽椭圆形贴片上有四对八个矩形槽，矩形缝隙长度为lp2，宽度为wp2，其值为0.67mm和0.16mm，每对槽间隔角度为αp2，其值为40°，再由其旋转90°形成其余三对矩形槽。有益效果：本技术提供了一种适用于移动终端的宽带双极化边射天线，与现有技术相比，其优势在于：(1)带状线及叠层贴片直接采用多层板压技术，而不存在空气层/金属空气腔，加工上更易实现。天线采用带状线馈电，使得天线放置在不同的手机模型或同一手机模型的不同部位时都可以稳定工作而不受手机环境的影响；(2)天线的小型化(0.4λ0)、低剖面(0.15λ0)特性，使得天线集成在手机内部时可以占用更小的空间。采用缝隙馈电和紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片(11a)、第二层基片(11b)、第三层基片(11c)、第四层基片(11d)四层基片构成；在第一层基片(11a)与第二层基片(11b)之间设有第一粘接层(11e)，第二层基片(11b)与第三层基片(11c)之间设有第二粘接层(11f)，第三层基片(11c)与第四层基片(11d)之间设有第三粘接层(11g)；/n在第一层基片(11a)上表面设有正交带状线馈线(14)，在第二层基片(11b)上表面设有带状线上层金属地板(19b)，在带状线上层金属地板(19b)上设有正交工字形缝隙(16)，在第三层基片(11c)上表面设有第一层开槽椭圆形贴片(17)，在第四层基片(11d)上表面设有第二层开槽椭圆形贴片(18)，带状线下层金属地板(19a)位于第一层基片(11a)的底面。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述天线由自下至上顺序排列的第一层基片(11a)、第二层基片(11b)、第三层基片(11c)、第四层基片(11d)四层基片构成；在第一层基片(11a)与第二层基片(11b)之间设有第一粘接层(11e)，第二层基片(11b)与第三层基片(11c)之间设有第二粘接层(11f)，第三层基片(11c)与第四层基片(11d)之间设有第三粘接层(11g)；
在第一层基片(11a)上表面设有正交带状线馈线(14)，在第二层基片(11b)上表面设有带状线上层金属地板(19b)，在带状线上层金属地板(19b)上设有正交工字形缝隙(16)，在第三层基片(11c)上表面设有第一层开槽椭圆形贴片(17)，在第四层基片(11d)上表面设有第二层开槽椭圆形贴片(18)，带状线下层金属地板(19a)位于第一层基片(11a)的底面。


2.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述正交带状线馈线(14)包括竖向正交带状线(14a)和横向正交带状线(14b)构成，竖向正交带状线(14a)与横向正交带状线(14b)之间垂直设置。


3.根据权利要求2所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述竖向正交带状线(14a)的一端设有端口a(15a)，横向正交带状线(14b)的一端设有端口b(15b)。


4.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，连接带状线下层金属地板(19a)、带状线上层金属地板(19b)的短路针由围绕本贴片天线一圈的第一短路针(12)以及正交带状线馈线间的N个第二短路针(13)组成，其中N≥2。


5.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述正交工字形缝隙(16)包括横向工字形缝隙(16a)和竖向工字形缝隙(16b)，横向工字形缝隙(16a)与竖向工字形缝隙(16b)之间垂直设置，位于带状线上层金属地板(19b)上，并且位于正交带状线馈线(14)上方。


6.根据权利要求1所述应用于移动终端的宽带双极化边射缝隙耦合贴片天线，其特征在于，所述第二层开槽椭圆形贴片(18)位于第一层开槽椭圆形贴片(17)上方，第一层开槽椭圆形贴片(17...

【专利技术属性】
技术研发人员：童宣锋，洪伟，蒋之浩，吴凡，余超，徐鑫，缑城，
申请(专利权)人：南京锐码毫米波太赫兹技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32