一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线，涉及射频通信领域。包括顶层介质基板，中间层介质基板和底层介质基板，顶层介质基板是一块方形介质板，中间层介质基板的上表面印刷辐射体结构，底层介质基板印刷缝隙耦合馈电网络结构；辐射体结构包括四块对称且相连的寄生贴片，寄生贴片均加载金属化过孔，缝隙耦合馈电网络包括两组正交放置的Y型馈电线及四个耦合矩形缝隙，四个矩形耦合缝隙加载在金属地板上。不引入其他滤波结构，通过改变电偶极子的长度和磁偶极子的高度，可控制低频辐射零点，通过延长在耦合缝隙下的馈电线长度，产生一个高频零点，通过改变耦合缝隙的长度，引入一个新的更高频零点，进而提高高频带外滤波性能。波性能。波性能。
【技术实现步骤摘要】
一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线
[0001]本专利技术涉及射频通信领域，具体是涉及应用于5G毫米波系统的一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线。
技术介绍
[0002]5G毫米波技术是5G应用中的一项重要技术，毫米波是指波长为1mm至10mm的电磁波，毫米波具有大带宽、低空口时延和灵活弹性空口配置等独特优势，可满足未来无线通信对系统容量、传输速率和差异化应用等方面的需求。
[0003]滤波天线是将天线与滤波功能结合起来的一种新兴技术。滤波天线具有效率高、插入损耗小等优点，有望在现代无线通信系统中得到应用。近年来，实现滤波天线的常规方法有两种，一种是将天线和滤波器级联起来，用天线辐射部分代替滤波器网络的最后一阶谐振器。这种方案通常需要多个串联在一起的谐振器，这不仅增加天线的尺寸，而且引入滤波器网络的插入损耗，不利于应用于5G毫米波系统。第二种方法是在天线辐射部分添加如缝隙、寄生贴片或短路探针等额外结构，这种方法没有引入工作频段内的插入损耗，但是天线的结构复杂度高。
[0004]磁电偶极子天线因其宽带大、后瓣小、交叉极化低等优势被广泛应用到无线通信系统中。单极化形式的常规磁电偶极子天线一般由一个水平电偶极子、竖直磁偶极子以及L形金属馈电部分组成，这种天线的E面和H面方向图非常稳定。对于双极化的磁电偶极子天线，为保证极化隔离度，馈电部分需要设计两个高低不平且不相交的馈电L形探针。然而，当频率进入毫米波频段，如果使用高低不平的L形探针意味着两个馈电部分需要印刷在不同高度的介质板上，这导致介质板层数的增加，加工成本及设计复杂度变高。
[0005]此外，针对高增益的天线设计，传统的方法是使用天线阵列，然而，如果天线单元个数很多且为双极化天线，馈电网络会更加复杂，在毫米波频段带来的插入损耗影响很大。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于针对上述天线技术的缺点和不足，提供应用于5G毫米波系统,无需任何滤波器网络以及额外寄生结构，滤波天线单元仅用两层介质板实现，结构简单，无需多个天线单元组阵和相应功率分配馈电网络设计，实现宽频段、高增益、双极化、集成滤波辐射性能的一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线。
[0007]本专利技术包括顶层介质基板、中间层介质基板和底层介质基板；所述顶层介质基板为高介电常数的介质基板；所述中间层介质基板的上表面印刷辐射体结构，辐射体结构通过金属化过孔连接到介质基板的下表面，形成磁电偶极子结构；所述底层介质基板印刷缝隙耦合馈电网络结构。
[0008]所述顶层介质基板的形状包括但不限于方形。
[0009]所述辐射体结构包括四块对称且相连的方形寄生贴片。
[0010]所述缝隙耦合馈电网络结构包括两组正交放置的Y型馈电线以及四个单独的耦合
缝隙，所述耦合缝隙加载在金属地板上，所述金属地板和Y型馈电分别印刷在底层介质基板的上下表面，所述中间层介质基板上表面寄生贴片通过加载金属化过孔连接到底层介质基板上表面金属地板。
[0011]所述磁电偶极子结构的电偶极子长度和磁偶极子高度共同控制低频辐射零点1，磁电偶极子长度与高度之和约为低频辐射零点所在频点对应波长的1/4。
[0012]所述耦合缝隙包括四个两两正交的矩形缝隙。
[0013]所述缝隙耦合馈电网络包括两路微带线，分别经过耦合缝隙后进行延伸，通过耦合缝隙耦合到中间层介质基板的磁电偶极子结构进行辐射。
[0014]所述Y型馈电线在耦合缝隙的延伸部分控制高频边带的辐射零点2，延伸部分的长度约为该辐射零点所在频点对应波长的1/4。
[0015]所述耦合缝隙的长度控制高频边带的辐射零点3，该辐射零点3比高频边带辐射零点2的频率更高。
[0016]所述Y型馈电网络包括测量连接端口连接，在底层介质基板下表面上印刷了四块金属贴片，均用三个短路金属过孔连接到金属地板。
[0017]所述两组Y型馈电线在交叉位置使用跳线技术，一组Y型馈电线正常印刷微带线，另外一组Y型馈电线通过两个短路金属化过孔连接到开槽地板的开槽处，开槽地板上的短路孔处再进行印刷微带线连接。
[0018]所述正常印刷Y型馈电线的上方地板印刷两个对称的矩形缝隙，用于与另外一组跳线Y型馈电线保持同样的辐射参数。
[0019]所述顶层介质基板、中间层介质基板和底层介质基板均包括四组非金属化过孔，用于使用尼龙柱固定安装。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0021](1)本专利技术挖掘磁电偶极子天线缝隙耦合馈电结构固有的滤波特性实现滤波效果，无需任何滤波器网络以及额外的寄生结构，即可实现带通滤波辐射效果。采用缝隙耦合馈电的方式无需使用传统的L形馈电探针结构，整个滤波天线单元仅用两层介质板实现，结构非常简单。
[0022](2)本专利技术涉及的单极化模型的辐射零点独立可控：通过控制电偶极子的长度和磁偶极子的高度，可控制低频辐射零点，通过延长在耦合缝隙处馈电线的长度引入并控制高频的第一个辐射零点，同时，控制耦合缝隙的长度，可以在此零点基础上引入一个新的更高频的第二个辐射零点并可单独控制，进一步增强高频带外滤波性能。
[0023](3)该天线采用高介电常数的介质板，无需多天线组阵和功率分配馈电网络，使单天线的带内增益增加约4.8dB。
[0024](4)天线实现覆盖的阻抗带宽是37.3％(24
‑
35GHz)，该天线可以成为5G毫米波应用的备选天线。
[0025]采用缝隙耦合馈电的方式无需使用传统的L形馈电探针结构，整个滤波天线单元仅用两层介质板实现，结构非常简单。为获得高增益，设计一层由高介电常数的介质板构成的结构，添加在天线单元的上方，与传统的天线阵列方案相比，无需多个天线单元组阵和相应功率分配馈电网络设计。本专利技术设计的天线同时实现宽频段、高增益、双极化、集成滤波辐射性能，工作频段覆盖5G毫米波n257/n258频段，可成为5G毫米波系统的备选天线。
附图说明
[0026]图1是本专利技术天线结构的结构示意图；
[0027]图2是顶层介质基板的俯视图；
[0028]图3是中间层介质基板的俯视图；
[0029]图4是底层介质基板的俯视图；
[0030]图5是底层介质基板的底视图；
[0031]图6是本实施例未加顶层介质基板的单极化滤波天线S参数和增益随频率变化的仿真结果图；
[0032]图7是本实施例单极化滤波天线的辐射零点1的频率控制仿真结果图；
[0033]图8是本实施例单极化滤波天线的辐射零点2的频率控制仿真结果图；
[0034]图9是本实施例单极化滤波天线的辐射零点3的频率控制仿真结果图；
[0035]图10是本实施例双极化高增益天线S参数随频率变化的仿真结果图仿真结果图；
[0036]图11是本实施例双极化高增益天线的增益随频率变化的仿真结果图；
[0037]图12是本实施例双极化高增益天线在29G本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线，其特征在于包括顶层介质基板，中间层介质基板和底层介质基板，所述顶层介质基板的上下表面不印刷金属，所述中间层介质基板的上表面印刷辐射体结构，辐射体结构通过金属化过孔连接到介质基板的下表面，形成磁电偶极子结构；所述底层介质基板印刷缝隙耦合馈电网络结构；所述顶层介质基板是一块高介电常数介质板，用于聚焦波束；所述辐射体结构包括四块对称且相连的寄生贴片，所述寄生贴片均加载金属化过孔；所述缝隙耦合馈电网络结构包括两组正交放置的Y型馈电线及四个耦合矩形缝隙，所述四个矩形耦合缝隙加载在金属地板上，所述金属地板和Y型馈电线分别印刷在底层介质基板的上表面和下表面，所述寄生贴片通过金属化过孔连接到金属地板。2.根据权利要求1所述一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线，其特征在于所述底层介质基板下表面上印刷四块金属贴片，均用三个短路金属过孔连接到金属地板。3.根据权利要求1所述一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线，其特征在于所述两组正交放置的Y型馈电线在交叉位置使用跳线技术，一组Y型馈电线正常印刷微带线，另外一组Y型馈电线通过两个短路金属化过孔连接到开槽...
【专利技术属性】
技术研发人员：张垚，黄楷，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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