宽带双极化毫米波天线及其宽角扫描阵列制造技术

本发明专利技术提供的宽带双极化毫米波天线及其宽角扫描阵列。所述天线包括多层介质层、振子辐射面结构、巴伦馈电结构、寄生贴片加载结构、金属地以及位于金属地下方的馈电微带线，振子辐射面结构、巴伦馈电结构、寄生贴片加载结构、金属地和馈电微带线均设置在多层介质层上；振子辐射面结构包括四个振子辐射面；巴伦馈电结构包括两个巴伦馈电单元；寄生贴片加载结构位于巴伦馈电结构上方。所述阵列包括多个呈阵列排布的宽带双极化毫米波天线。其体积小，剖面低，阻抗带宽宽且实现双极化，并且单元波宽宽，组成阵列后扫描角大。组成阵列后扫描角大。组成阵列后扫描角大。

【技术实现步骤摘要】
宽带双极化毫米波天线及其宽角扫描阵列


[0001]本专利技术属于天线领域，尤其涉及宽带双极化毫米波天线及其宽角扫描阵列。

技术介绍

[0002]相比于传统的通信频段亚6GHz，毫米波通信凭借其频谱丰富的优势，成为现如今5G应用的关键推动技术。首先，毫米波段具有极宽的带宽，是微波以下频段全部带宽的10倍，现如今频率资源日益紧张，因此毫米波通信更具吸引力。其次，毫米波天线阵列具有较窄的辐射波束，窄的波束在分辨率，即在分辨距离近的物体方面性能更佳。除此之外毫米波通信具有较高的信号传输质量，一方面由于高频段的干扰源极少，毫米波信道非常稳定可靠，另一方面，通信信号在自由空间传输过程中将会受到一定的阻挡，比如沙尘，烟雾，普通频段的信号将会被严重影响而导致中断，但是毫米波段的信号能够穿透这类物质，信号质量保持良好。宽带毫米波天线作为毫米波无线系统中关键器件急需要被设计和开发。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阵列天线。
[0003]但是现有的毫米波双极化平面阵列天线仍存在以下诸多问题：现有方案剖面高，导致在在封装等低剖面环境下实现困难；现有方案的带宽普遍较窄，如中国公开专利技术“一种等E面与H面的宽带双极化电磁偶极子天线单元(CN110518348 A)”，采用微带缝隙耦合馈电，馈电结果复杂，且天线的前后比只有10dB，天线增益也较低，其14dB阻抗带宽(驻波<1.5)为8％，阻抗带宽较窄，又如要覆盖目前各国5G毫米波频段需要24
‑
33GHz(约31％)带宽，现有方案很难满足；现有毫米波宽带双极化天线较少；现有方案的阵列很难实现了宽角扫描。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了宽带双极化毫米波天线及其宽角扫描阵列，其体积小，剖面低，阻抗带宽宽且实现双极化，并且单元波宽宽，组成阵列后扫描角大。
[0005]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的宽带双极化毫米波天线，包括多层介质层、振子辐射面结构、巴伦馈电结构、寄生贴片加载结构、金属地以及位于金属地下方的馈电微带线，
[0006]振子辐射面结构、巴伦馈电结构、寄生贴片加载结构、金属地和馈电微带线均设置在多层介质层上；
[0007]振子辐射面结构包括四个振子辐射面，每两对角设置的两个振子辐射面组成一个极化偶极子天线以实现双极化；
[0008]巴伦馈电结构包括两个巴伦馈电单元，每个巴伦馈电单元用于给一个相应设置的一个极化偶极子天线馈电，每个巴伦馈电单元均包括第二金属化过孔和馈电巴伦臂，馈电
巴伦臂位于振子辐射面结构上方，将两个馈电巴伦臂定义为第一馈电巴伦臂和第二馈电巴伦臂，第一馈电巴伦臂位于第二馈电巴伦臂的上方，且两个馈电巴伦臂均通过第二金属化过孔与馈电微带线连接；
[0009]寄生贴片加载结构位于巴伦馈电结构上方。
[0010]进一步地，每个振子辐射面均采用金属贴片形成。
[0011]进一步地，金属贴片做切角处理。
[0012]如此设置可以更好地实现阻抗匹配。
[0013]进一步地，每个振子辐射面与金属地之间通过第一金属化过孔相连。
[0014]进一步地，振子辐射面上开设有振面避空区域，巴伦馈电结构穿过振面避空区域与馈电微带线连接。
[0015]进一步地，寄生贴片加载结构包括多个寄生贴片。
[0016]进一步地，寄生贴片的数量与金属贴片的数量相等或不相等。
[0017]进一步地，金属地上与第二金属化过孔相应的位置上开设有通孔作为微带线避空区域，每个第二金属化过孔的一端与馈电巴伦臂连接，另一端依次穿过振子辐射面结构和微带线避空区域后与馈电微带线连接。
[0018]其中，设置微带线避空区域是为了防止第二金属化过孔与金属地相连而造成短路。
[0019]本专利技术提供的宽角扫描阵列，包括多个前述的宽带双极化毫米波天线，且多个宽带双极化毫米波天线呈阵列排布。
[0020]进一步地，宽角扫描阵列的外围设置有软表面结构。
[0021]与现有技术相比，本专利技术能够实现的有益效果至少如下：
[0022]1、本专利技术采用巴伦十字交叉耦合振面结构实现了宽带双极化馈电，馈电结构新颖且实现的带宽宽和隔离度高等优点。
[0023]2、本专利技术设置有寄生贴片，寄生贴片不仅可以与振面进行耦合，寄生贴片之间也可以相互耦合，可以进一步扩宽了带宽，天线带宽达到了31.5％，且寄生贴片也有助于提高增益和交叉极化。
[0024]3、组阵后采用内嵌软表面结构，能有效降低表面波，提高扫描增益。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例提供的双极化毫米波天线的整体结构示意图。
[0026]图2是本专利技术实施例提供的双极化毫米波天线的侧视图。
[0027]图3是本专利技术实施例中振面部分的结构示意图。
[0028]图4是本专利技术实施例中4*4宽角扫描阵列示意图。
[0029]图5是天线单元驻波示意图。
[0030]图6是天线单元隔离度示意图。
[0031]图7是水平面方向图。
[0032]图8是垂直面方向图。
[0033]图9是阵列水平面扫描的方向图。
[0034]图10是阵列垂直面扫描的方向图。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本专利技术保护的范围。
[0036]本专利技术采用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺设计的工作于24
‑
33GHz的低剖面双极化天线作为例子说明本项专利技术的技术方案，但本专利技术同样适用于其他平面电路工艺实现，例如多层电路板工艺、HDI工艺等。本专利技术其中一个实施例采用多层LTCC(Ferro A6m材料)，每层介质厚度为0.094mm，来实现超低剖面、宽带、宽波束的双极化天线。
[0037]请参阅图1，本专利技术提供的宽带双极化毫米波天线包括多层介质层1、振子辐射面结构4、巴伦馈电结构6、寄生贴片加载结构、金属地2以及位于金属地下方的馈电微带线3。振子辐射面结构、巴伦馈电结构、寄生贴片加载结构、金属地2和馈电微带线3均设置在多层介质层1上。
[0038]振子辐射面结构包括四个振子辐射面，每两对角设置的两个振子辐射面组成一个极化偶极子天线以实现双极化，且每个振子辐射面与金属地之间通过第一金属化过孔5相连。具体地，在本专利技术的一些实施例中，请请参阅图3，振子辐射面采用四个金属贴片(41,42,43,44)组成双极化偶极子天线，四个金属贴片中心和轴向对称。四个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.宽带双极化毫米波天线，其特征在于，包括多层介质层、振子辐射面结构、巴伦馈电结构、寄生贴片加载结构、金属地以及位于金属地下方的馈电微带线，振子辐射面结构、巴伦馈电结构、寄生贴片加载结构、金属地和馈电微带线均设置在多层介质层上；振子辐射面结构包括四个振子辐射面，每两对角设置的两个振子辐射面组成一个极化偶极子天线以实现双极化；巴伦馈电结构包括两个巴伦馈电单元，每个巴伦馈电单元用于给一个相应设置的一个极化偶极子天线馈电，每个巴伦馈电单元均包括第二金属化过孔和馈电巴伦臂，馈电巴伦臂位于振子辐射面结构上方，将两个馈电巴伦臂定义为第一馈电巴伦臂和第二馈电巴伦臂，第一馈电巴伦臂位于第二馈电巴伦臂的上方，且两个馈电巴伦臂均通过第二金属化过孔与馈电微带线连接；寄生贴片加载结构位于巴伦馈电结构上方。2.根据权利要求1所述的宽带双极化毫米波天线，其特征在于，每个振子辐射面均采用金属贴片形成。3.根据权利要求2所述的宽带双极化毫米波天线，其特征在于，金属贴片做切角处理。4.根据权利要求1所述的宽带双极化毫米波天线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：江文，廖绍伟，车文荃，薛泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：