一比特可重构毫米波阵列天线制造技术

本发明专利技术提供一种用于移动终端的一比特可重构毫米波阵列天线，该天线实现了随机相位无栅瓣的功能，天线不仅在四单元或单极化上可用，也可在八单元乃至更多单元、双极化上使用。该可重构阵列天线由四个可重构的一位微带贴片天线元件组成。每个贴片天线元件由地面上的开槽馈电。一比特贴片天线通过选择微带线的馈电方向实现

【技术实现步骤摘要】
一比特可重构毫米波阵列天线


[0001]本专利技术属于通信设备
，涉及一种毫米波阵列天线，具体涉及一种一比特可重构毫米波阵列天线。

技术介绍

[0002]近年来，用于移动终端的毫米波天线取得了重大进展。但对于移动终端来说，成本和占用空间是天线设计的两个重要因素，具有更低成本、占用空间更小的毫米波阵列天线始终是天线工程师追求的目标。在IEEE公开发表论文中，分别设计了一个60GHz网状网格相控阵天线模块；一种具有8GHz(25
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33GHz)的宽带宽紧凑型四模毫米波阵列天线；一种在24
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28GHz频率下工作的具有高天线增益和宽波束覆盖范围电容耦合贴片阵列天线；一种紧凑型双极化磁电平面覆盖23.5
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28GHz的八木阵列天线；一种垂直极化的端火平面折叠槽天线；宽带毫米波双极化终端发射阵列天线。论文《Integrated millimeter
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wave wideband end
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fire 5G beam steerable array and low
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frequency 4G LTE antenna in mobile terminals》分析了金属边框对毫米波天线的影响，并建议使用光栅条和寄生辐射贴片来减轻负面影响。在论文《Co
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designed mm
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wave and LTE handset antennas》中，金属边框中的矩形窗口用于安装毫米波阵列天线，以便毫米波阵列可以直接通过矩形窗口辐射功率。这种实用的解决方案已被一些商用5G移动终端采用，例如带有微毫米波窗口的Apple iPhone 12。此外，毫米波阵列天线也可以通过移动终端金属边框上的开槽直接实现。
[0003]虽然上述研究的毫米波阵列天线具有优越的性能，能够满足5G移动终端的一些要求，但通常需要增加移相器来控制波束方向。对于n位移相器，可以提供2n个可用的量化相位，步进为
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2π/2n。阵列的每个元素都可以选择最近的可用量化相位来替换所需的相位。在公开文献中，提出了具有五位，四位，三位和两位移相器的阵列天线，这些阵列可以将波束引导到所需的方向。然而，事实上，每个单元的量子化相位通常与所需的相位不同，并且总是会发生相位量化误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种无需额外的移相器即可实现合理的波束控制性能的毫米波阵列天线，从而克服手机天线尺寸的减小、手机中复杂的电磁环境所带来的影响，本专利技术采用了如下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种一比特可重构毫米波阵列天线，其特征在于，包括：多个天线单元，呈阵列排布，构成一比特阵列，其中，每个所述天线单元包括自上而下依次层叠设置的辐射层、天线介质层、金属地面、馈电介质层以及馈电线层，所述金属地面上开设有馈电槽，所述馈电线层上形成有馈电传输线路，所述辐射层通过所述馈电槽以及所述馈电传输线路与馈电源导通连接，所述馈电传输线路包括两个二极管，用于使所述天线单元的辐射电场的相位仅为第一预定相位或第二预定相位，从而实现随机相位无无栅瓣的功能。
[0006]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，
所述第一预定相位为0，所述第二预定相位为
‑
π。
[0007]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述辐射层为矩形金属辐射贴片，其长度为2.7mm，宽度为2.7mm。
[0008]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述金属地面的长度和宽度均为10mm，所述矩形槽开设在所述金属地面的中部，所述矩形槽的长度为2.3mm，宽度为0.2mm。
[0009]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述馈电传输线路包括直流传输线L1、直流传输线L2、馈电传输线L3、二极管K1、二极管K2、电阻R、电容C以及金属圆柱CL1，所述电阻R的一端连接至直流电源，所述电阻R的另一端连接至所述直流传输线L1的一端，所述直流传输线L1的另一端连接至馈电传输线L3，所述二极管K1和所述二极管K2串联在所述馈电传输线L3中，所述馈电传输线L3的另一端既连接至所述直流传输线L2的一端又连接至所述电容C的一端，所述电容C的另一端连接至所述馈电源，所述直流传输线L2的另一端通过所述金属圆柱CL1接地。
[0010]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述二极管K1和所述二极管K2的均为PIN二极管，型号均为MA4AGFCP910。
[0011]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述馈电传输线路还包括扇形金属线F1，连接在所述所述直流传输线L1靠近所述电阻R的一端。
[0012]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述天线介质层为罗杰斯RT5880单层介质基板，其相对介电常数为2.2，损耗正切为0.0009，高度为0.508mm。
[0013]本专利技术提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述馈电介质层为罗杰斯RO4003C双层介质基板，其馈电介质层的相对介电常数为3.55，损耗正切为0.0027，高度为0.203mm。
[0014]专利技术作用与效果
[0015]根据本专利技术的一比特可重构毫米波阵列天线，由于具有呈阵列排布的多个天线单元，因此构成可重构的一比特多单位阵列天线，每个天线单元通过其金属地面上的馈电槽以及相应的馈电传输线路进行馈电，且馈电传输线路中包含有两个二极管，将对应的天线单元的辐射电场的相位限定在第一预定相位或第二预定相位，因此能够减轻一比特相位量化误差所带来的负面影响，从而能够在不采用额外移相器的情况下就对波束的方向及性能实现理想的控制，实现一比特阵列随机相位无栅瓣的功能，有利于进一步减小阵列天线的尺寸。
附图说明
[0016]图1是本实施例中一比特可重构毫米波阵列天线的结构示意图；
[0017]图2是本实施例中天线单元的结构图；
[0018]图3是本实施例中天线单元不同角度的结构图；
[0019]图4是本实施例中馈电网络的结构示意图；
[0020]图5是图4中圈A内部分的放大图；
[0021]图6是本实施例中对微带馈电传输线路施加高电平时的等效电路图；
[0022]图7是本实施例中对微带馈电传输线路施加低电平时的等效电路图；
[0023]图8是本实施例中功分器的结构示意图；
[0024]图9是本实施例中一比特可重构毫米波阵列天线在两种状态下天线单元的S11仿真结果图；
[0025]图10是本实施例中一比特可重构毫米波阵列天线的主极化与交叉极化图；
[0026]图11是本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一比特可重构毫米波阵列天线，其特征在于，包括：多个天线单元，呈阵列排布，构成一比特阵列，其中，每个所述天线单元包括自上而下依次层叠设置的辐射层、天线介质层、金属地面、馈电介质层以及馈电线层，所述金属地面上开设有馈电槽，所述馈电线层上形成有馈电传输线路，所述辐射层通过所述馈电槽以及所述馈电传输线路与馈电源导通连接，所述馈电传输线路包括两个二极管，用于使所述天线单元的辐射电场的相位仅为第一预定相位或第二预定相位，从而实现随机相位无栅瓣的功能。2.根据权利要求1所述的一比特可重构毫米波阵列天线，其特征在于：其中，所述第一预定相位为0，所述第二预定相位为
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π。3.根据权利要求1所述的一比特可重构毫米波阵列天线，其特征在于：其中，所述辐射层为矩形金属辐射贴片，其长度为2.7mm，宽度为2.7mm。4.根据权利要求1所述的一比特可重构毫米波阵列天线，其特征在于：其中，所述金属地面的长度和宽度均为10mm，所述矩形槽开设在所述金属地面的中部，所述矩形槽的长度为2.3mm，宽度为0.2mm。5.根据权利要求1所述的一比特可重构毫米波阵列天线，其特征在于：其中，所述馈电传输线路包括直流传输线L1、直流传输线L2、馈电传输线L3、二极管K1、二极管K2、电阻R、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，周方舟，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：