本实用新型专利技术公开了一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列，所述天线包括该边射天线包括由上往下依次设置的顶部金属层(1)、第一介质层(2)、第二金属层(3)、第二介质层(4)、第三介质层(5)、第三金属层(6)，第四介质层(7)、第五介质层(8)、底部金属层(9)；利用纵向弯折结构实现横向电偶极子尺寸的减小进而实现小型化，同时也提供一种由该天线组成的双极化天线阵列，实现在两个极化方向上的宽阻抗带宽，低复杂度馈电结构、低馈电剖面、易于直接集成的毫米波天线及阵列结构。本实用新型专利技术可以获得超过50％的双极化阻抗带宽，同时带内的增益波动也低于3dB，具有稳定的方向图。
【技术实现步骤摘要】
小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列
本技术属于微波毫米波通信，具体涉及一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列。
技术介绍
随着移动终端使用人数的激增，全球移动数据流量在以前所未有的速度继续增长，目前的4G移动网络容量从长期来看将是不可持续的。与4G系统相比，5G蜂窝系统的主要区别之一是向毫米波波段的转移，在更高的频段更容易获得更宽的带宽。所以作为毫米波无线系统中关键器件的宽带毫米波器件天线急需要被设计和开发。在各种毫米波天线中，平面毫米波阵列天线因为高增益以及可以直接与射频前端集成的优点非常的有前景。且为了实现更好的信号发射和接收能力，需要毫米波阵列天线具有宽覆盖和多极化的性能，便于发射和接收来自任意方位的信号。所以能够辐射双极化波的毫米波平面集成阵列天线具有非常好的应用前景，尤其是易于直接集成的小型化毫米波双极化平面集成阵列天线。磁电偶极子天线及阵列由于其具有宽工作频带、稳定的带内增益平坦度、稳定的单向辐射方向图以及低交叉极化等特性获得了广泛关注。目前，相关领域的专家、学者、工程技术人员针对毫米波基片集成磁电偶极子展开了一系列的研究，并获得了相应的一些技术成果。然而，就目前已报道的毫米波基片集成磁电偶极子的设计而言，存在以下几个方面有待改进。一是，大部分的毫米波基片集成磁电偶极子在扩展成阵列天线时，其带宽往往都会明显变窄；二是，大部分的毫米波基片集成磁电偶极子只实现了单极化或者圆极化的性能，接受来自不同方向的信息的能力有限；三是，大部分的毫米波基片集成磁电偶极子天线阵列的馈电网络大多都采用缝隙耦合馈电，因此很难实现与毫米波前端电路芯片直接集成；除此之外，大部分的毫米波双极化基片集成磁电偶极子阵列天线带宽都低于40％,仍然有提高的空间。
技术实现思路
专利技术目的：本技术旨在提供一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线，利用纵向弯折结构实现横向电偶极子尺寸的减小进而实现小型化，同时也提供一种由该天线组成的双极化天线阵列，实现在两个极化方向上的宽阻抗带宽，低复杂度馈电结构、低馈电剖面、易于直接集成的毫米波天线及阵列结构。技术方案：本技术的一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线，该边射天线包括由上往下依次设置的顶部金属层、第一介质层、第二金属层、第二介质层、第三介质层、第三金属层，第四介质层、第五介质层、底部金属层；所述顶部金属层上中心位置设有四个根据坐标原点对称的第一正方形贴片、第二正方形贴片、第三正方形贴片和第四正方形贴片，其中第一正方形贴片、第四正方形贴片和第二正方形贴片、第三正方形贴片组成x方向上的一对电偶极子，在这对电偶极子中间有一片类似“I”字型的第一长方形金属片，该第一长方形金属片为x方向极化上的馈电片，与贯穿第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层和第五介质层的金属化通孔形成倒“L”型馈电结构；此外另一个小正方形金属片在第二正方形贴片和第三正方形贴片中间；所述第二金属层上印制有与第一金属层上的第一长方形金属片垂直的类似“I”字型的第二长方形金属片；该第二长方形金属片为y方向极化上的馈电片，与贯穿第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层和第五介质层的金属化通孔形成倒“L”型馈电结构，此外在该层的四个角上有四个小的正方形贴片，通过贯穿第一介质层的金属化盲孔与顶层金属层的电偶极子相连；所述第三金属层为接地层，第三金属层上蚀刻有两个圆形槽，四个根据坐标原点对称的正方形贴片与第三金属层之间通过贯穿第一介质层、第二介质层和第三介质层的若干金属化半盲孔实现电连接，且第一组金属化盲孔和第三组金属化盲孔构成x方向上的一对磁偶极子，第二组金属化盲孔和第四组金属化盲孔构成y方向上的另一对磁偶极子；所述边射天线还包括低剖面微带馈电结构，低剖面微带馈电结构包括第三金属层、第四介质层、第五介质层和底部金属层，其中，底部金属层上设有两个相互垂直的50欧姆微带线，分别与位于顶部金属层和第二金属层上的两个I型第一长方形金属片和第二长方形金属片分别通过贯穿第一介质层、第二介质层、第三介质层、第三金属层，第四介质层和第五介质层的第一金属化通孔、第二金属化通孔相接，第三金属层作为辐射单元和微带馈电结构的公共地。其中，所述顶部金属层上还设有第一金属化半盲孔和第一小正方形贴片，第二金属化半盲孔和第二小正方形贴片，第三金属化半盲孔和第三小正方形贴片，和第四金属化半盲孔和第四小正方形贴片构成纵向弯折结构，四个金属化半盲孔分别位于靠近四个根据坐标原点对称的第一正方形贴片、第二正方形贴片、第三正方形贴片和第四正方形贴片的四个角的位置，利用纵向弯折结构实现横向电偶极子尺寸的减小进而实现小型化。所述第一介质层、第二介质层和第三介质层相加的厚度为四分之一导波波长，所述第二介质层和第四介质层为半固化粘贴介质层，所述第一介质层和第三介质层为介质基板。本技术的小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线的阵列天线，其特征在于该阵列天线由四个排列成两行两列的双极化磁电偶极子单元构成一个2×2的阵列天线，该四个双极化磁电偶极子单元由第一双极化磁电偶极子单元，第二双极化磁电偶极子单元，第三双极化磁电偶极子单元和第四双极化磁电偶极子单元组成，每行或者每列的两个双极化磁电偶极子单元中的x方向极化的激励端口分别连接至一个一分二的微带功率分配器的输出端口，即底部金属层中设有一个一分二的第一微带功率分配器和一个一分二的第二微带功率分配器，该两个一分二的微带功率分配器的输入端口分别连接至一分二的第三微带功率分配器的输出端口；同样地，y方向极化的激励端口分别连接至另一个一分二的微带功率分配器的输出端口，即底部金属层中设有另一个一分二的第四微带功率分配器和另一个一分二的第五微带功率分配器，该两个一分二的微带功率分配器的输入端口分别连接至一分二的第六微带功率分配器的输出端口。所述阵列天线的结构规模可以扩大到2N×2N，N≥2。所述阵列天线采用四个2N-1×2N-1阵列按照每行每列各两个进行排列，然后用一个一分二微带功率分配器将这四个2N-1×2N-1阵列的x方向极化的激励端口连接起来，每个2N-1×2N-1阵列的该激励端口分别连接至总的一分二功率分配器的输出端口；同样地，用另一个一分二微带功率分配器将这四个2N-1×2N-1阵列的y方向极化的激励端口连接起来，每个2N-1×2N-1阵列的该激励端口分别连接至总的一分二功率分配器的输出端口。有益效果：本技术公开了一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列，单个小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线可以获得54％左右的双极化阻抗带宽以及平坦的带内增益，该天线结构可以很方便地扩展成阵列，使用的低剖面微带馈电结构可以使得天线可以实现与毫米波射频前端电路的直接集成。附图说明图1为本技术具体实施方式中天线的层次结构示意图；图2为本技术具体实施方式中天线剖分结构示意图；图3为本技术具体实施方式中2×2阵列天线的顶层金属层的结构示意图；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线，其特征在于该边射天线包括由上往下依次设置的顶部金属层(1)、第一介质层(2)、第二金属层(3)、第二介质层(4)、第三介质层(5)、第三金属层(6)，第四介质层(7)、第五介质层(8)、底部金属层(9)；/n所述顶部金属层(1)上中心位置设有四个根据坐标原点对称的第一正方形贴片(101)、第二正方形贴片(102)、第三正方形贴片(103)和第四正方形贴片(104)，其中第一正方形贴片(101)、第四正方形贴片(104)和第二正方形贴片(102)、第三正方形贴片(103)组成x方向上的一对电偶极子，在这对电偶极子中间有一片类似“I”字型的第一长方形金属片(11)，该第一长方形金属片(11)为x方向极化上的馈电片，与贯穿第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层和第五介质层的第一金属化通孔(171)形成倒“L”型馈电结构；此外另一个小正方形金属片(12)在第二正方形贴片(102)和第三正方形贴片(103)中间；/n所述第二金属层上印制有与第一金属层上的第一长方形金属片(11)垂直的类似“I”字型的第二长方形金属片(13)；该第二长方形金属片(13)为y方向极化上的馈电片，与贯穿第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层和第五介质层的第二金属化通孔(172)形成倒“L”型馈电结构，此外在该层的四个角上有四个小的正方形贴片，通过贯穿第一介质层的金属化盲孔与顶层金属层的电偶极子相连；/n所述第三金属层(6)为接地层，第三金属层(6)上蚀刻有两个圆形槽(14)，四个根据坐标原点对称的正方形贴片(10)与第三金属层(6)之间通过贯穿第一介质层(2)、第二介质层(4)和第三介质层(5)的若干金属化半盲孔实现电连接，且第一组金属化盲孔(151)和第三组金属化盲孔(153)构成x方向上的一对磁偶极子，第二组金属化盲孔(152)和第四组金属化盲孔(154)构成y方向上的另一对磁偶极子；/n所述边射天线还包括低剖面微带馈电结构，低剖面微带馈电结构包括第三金属层(6)、第四介质层(7)、第五介质层(8)和底部金属层(9)，其中，底部金属层(9)上设有两个相互垂直的50欧姆微带线(16)，分别与位于顶部金属层和第二金属层上的两个I型第一长方形金属片(11)和第二长方形金属片(13)分别通过贯穿第一介质层(2)、第二介质层(4)、第三介质层(5)、第三金属层(6)，第四介质层(7)和第五介质层(8)的第一金属化通孔(171)、第二金属化通孔(172)相接，第三金属层(6)作为辐射单元和微带馈电结构的公共地。/n...
【技术特征摘要】
1.一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线，其特征在于该边射天线包括由上往下依次设置的顶部金属层(1)、第一介质层(2)、第二金属层(3)、第二介质层(4)、第三介质层(5)、第三金属层(6)，第四介质层(7)、第五介质层(8)、底部金属层(9)；
所述顶部金属层(1)上中心位置设有四个根据坐标原点对称的第一正方形贴片(101)、第二正方形贴片(102)、第三正方形贴片(103)和第四正方形贴片(104)，其中第一正方形贴片(101)、第四正方形贴片(104)和第二正方形贴片(102)、第三正方形贴片(103)组成x方向上的一对电偶极子，在这对电偶极子中间有一片类似“I”字型的第一长方形金属片(11)，该第一长方形金属片(11)为x方向极化上的馈电片，与贯穿第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层和第五介质层的第一金属化通孔(171)形成倒“L”型馈电结构；此外另一个小正方形金属片(12)在第二正方形贴片(102)和第三正方形贴片(103)中间；
所述第二金属层上印制有与第一金属层上的第一长方形金属片(11)垂直的类似“I”字型的第二长方形金属片(13)；该第二长方形金属片(13)为y方向极化上的馈电片，与贯穿第一介质层、第二介质层、第三介质层、第四介质层和第五介质层的第二金属化通孔(172)形成倒“L”型馈电结构，此外在该层的四个角上有四个小的正方形贴片，通过贯穿第一介质层的金属化盲孔与顶层金属层的电偶极子相连；
所述第三金属层(6)为接地层，第三金属层(6)上蚀刻有两个圆形槽(14)，四个根据坐标原点对称的正方形贴片(10)与第三金属层(6)之间通过贯穿第一介质层(2)、第二介质层(4)和第三介质层(5)的若干金属化半盲孔实现电连接，且第一组金属化盲孔(151)和第三组金属化盲孔(153)构成x方向上的一对磁偶极子，第二组金属化盲孔(152)和第四组金属化盲孔(154)构成y方向上的另一对磁偶极子；
所述边射天线还包括低剖面微带馈电结构，低剖面微带馈电结构包括第三金属层(6)、第四介质层(7)、第五介质层(8)和底部金属层(9)，其中，底部金属层(9)上设有两个相互垂直的50欧姆微带线(16)，分别与位于顶部金属层和第二金属层上的两个I型第一长方形金属片(11)和第二长方形金属片(13)分别通过贯穿第一介质层(2)、第二介质层(4)、第三介质层(5)、第三金属层(6)，第四介质层(7)和第五介质层(8)的第一金属化通孔(171)、第二金属化通孔(172)相接，第三金属层(6)作为辐射单元和微带馈电结构的公共地。
2.根据权利要求1所述的一种小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线，其特征在于：所述顶部金属层(1)上还设有第一金属化...
【专利技术属性】
技术研发人员：向蕾，洪伟，吴凡，余超，蒋之浩，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
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