一种应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线制造技术

本发明专利技术涉及一种应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，适用于移动通信领域，包括两层介质板，中间的半固化片，以及印刷其上的三层金属；顶部金属层和底部金属层均包括等间距排布的接地共面波导馈线、阻抗变换段、双极化辐射结构和双极化解耦结构；中间金属层包括等间距排布的容性加载结构和弯折带状线，分别通过金属盲孔与顶部、底部相连；各层介质板包括若干圆柱形状的金属过孔；本发明专利技术利用统一的辐射口径实现了宽带低剖面的双极化端射辐射，结构紧凑，净空较小，易于集成于5G毫米波移动终端。米波移动终端。米波移动终端。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线


[0001]本专利技术属于无线通信技术的天线设计领域，特别涉及一种应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线。

技术介绍

[0002]在5G移动通信系统中，人们对于更快的数据传输速率、更低的网络时延以及更高的信道稳定性的迫切需求已然使得毫米波成为该领域的研究热点。3GPP国际标准化组织将5G频段划分为FR1频段和FR2频段，其中24.25
‑
29.5GHz频段是主流的毫米波商用频段。对于以智能手机为代表的移动终端设备而言，为了与毫米波的特性及相应的5G关键技术相适应，移动终端天线需要兼顾信号的传播距离与覆盖范围。具备高增益和灵活波束控制能力的相控阵天线是当前普遍采用的实现方案。为了进一步扩展链路容量、抵抗多径衰落，支持极化分集的双极化天线具有更加突出的优势。考虑到手持式移动终端使用中用户对于天线辐射的不利遮挡，需要一种具有端射辐射特性的双极化相控阵天线。
[0003]经过对现有技术的文献和专利检索发现，当前双极化端射相控阵天线的实现方案可按照是否共用辐射口径划分为两种。两种方案都需要紧凑的天线结构来适应移动终端有限的尺寸空间。然而，在已公开的文献中，双极化端射天线往往需要以较高的剖面和较大的净空实现宽带高增益的设计需求，且难以同时保证两种极化的优良性能。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，两种极化在统一的辐射口径下提供端射辐射，具有低剖面、小净空、结构紧凑的优势，且能够实现较宽的工作带宽与波束覆盖范围。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，包括顶部金属层、中间金属层和底部金属层，顶部金属层印刷于上层介质板的上表面，中间金属层印刷于下层介质板的上表面，底部金属层印刷于下层介质板的下表面，上层介质板和下层介质板通过中间的半固化片沿竖直方向紧密压合在一起，其中：
[0007]所述顶部金属层包括垂直极化接地共面波导馈线、垂直极化阻抗变换段、顶层双极化辐射结构和顶层双极化解耦结构；所述中间金属层包括垂直极化容性加载结构和弯折带状线；所述底部金属层包括水平极化接地共面波导馈线、水平极化阻抗变换段、底层双极化辐射结构和底层双极化解耦结构；所述上层介质板和中间的半固化片设有垂直极化转换结构金属盲孔；所述下层介质板设有水平极化转换结构金属盲孔；所述上层介质板、半固化片和下层介质板上均设有辐射金属过孔；
[0008]所述垂直极化接地共面波导馈线、垂直极化阻抗变换段、垂直极化转换结构金属盲孔和垂直极化容性加载结构依次相连，形成用于激励垂直极化的信号通路；所述水平极化接地共面波导馈线、水平极化阻抗变换段、水平极化转换结构金属盲孔和弯折带状线依
次相连，形成用于激励水平极化的信号通路；所述顶层双极化辐射结构和底层双极化辐射结构通过辐射金属过孔竖直相连，形成能够支持两种正交极化的端射辐射体；所述顶层双极化解耦结构和底层双极化解耦结构电性相连，形成双极化阵元的解耦单元。
[0009]在一个实施例中，所述垂直极化接地共面波导馈线、垂直极化阻抗变换段、顶层双极化辐射结构、垂直极化容性加载结构、弯折带状线、水平极化接地共面波导馈线、水平极化阻抗变换段、底层双极化辐射结构、垂直极化转换结构金属盲孔和水平极化转换结构金属盲孔分别有N个单元，顶层双极化解耦结构和底层双极化解耦结构分别有N+1个单元，每一部件的各个单元均在其金属层或介质板上沿水平方向等间距排布；所述顶层双极化解耦结构的每两个单元均匀排布于顶层双极化辐射结构的一个单元的两侧；所述底层双极化解耦结构的每两个单元均匀排布于底层双极化辐射结构的一个单元的两侧。
[0010]示例地，N＝4，所述双极化端射相控阵天线为等间距排布的一维四元线阵，各部分结构中，其单元间距为λ0/2，λ0为自由空间中的波长，垂直极化工作于0.5波长模式，由两层辐射结构的纵向长度和辐射金属过孔的高度决定；水平极化工作于0.25波长模式，由两层辐射结构的横向宽度和所刻蚀的凹槽长度决定。
[0011]在一个实施例中，所述上层介质板、半固化片和下层介质板上均设有解耦金属过孔，所述顶层双极化解耦结构和底层双极化解耦结构通过解耦金属过孔竖直相连。
[0012]在一个实施例中，所述上层介质板、半固化片和下层介质板上均设有匹配金属过孔，所述匹配金属过孔作为感性加载，用以扩展垂直极化的工作带宽。
[0013]在一个实施例中，所述垂直极化接地共面波导馈线可以是由中心导带和两侧接地线构成的平面传输线；所述垂直极化阻抗变换段可以是中心导带宽度小于垂直极化接地共面波导馈线的共面传输线；所述顶层双极化辐射结构可以是关于垂直极化接地共面波导馈线的中心对称的矩形贴片，矩形贴片上刻有沿天线端射辐射方向的纵向矩形凹槽；所述顶层双极化解耦结构可以是关于水平极化接地共面波导馈线的中心对称的矩形横槽，并与顶层双极化辐射结构靠近馈线的一端相接；所述垂直极化接地共面波导馈线和垂直极化阻抗变换段依次分布于顶部金属层的馈电端，所述顶层双极化辐射结构和顶层双极化解耦结构交替分布于顶部金属层的天线辐射端。
[0014]在一个实施例中，所述垂直极化容性加载结构可以是直径大于金属过孔的金属圆盘；所述弯折带状线可以是沿金属层或介质板的横纵向依次弯折的五级金属带；所述垂直极化容性加载结构靠近于中间金属层的馈电端，且与中间金属层边缘的距离等同于垂直极化接地共面波导馈线和垂直极化阻抗变换段的纵向长度之和；所述弯折带状线从中间金属层的馈电端弯折延伸至辐射前端，且弯折带状线的起点与中间金属层边缘的距离等同于水平极化接地共面波导馈线和水平极化阻抗变化段的纵向长度之和，弯折带状线的第四级横跨于顶层双极化辐射结构和底层双极化辐射结构的矩形凹槽；
[0015]在一个实施例中，所述水平极化接地共面波导馈线可以是由中心导带和两侧接地线构成的平面传输线；所述水平极化阻抗变换段可以是中心导带宽度小于水平极化接地共面波导馈线的共面传输线；所述底层双极化辐射结构可以是关于垂直极化接地共面波导馈线的中心对称的矩形贴片，矩形贴片上刻有沿天线端射辐射方向的纵向矩形凹槽；所述底层双极化解耦结构可以是关于水平极化接地共面波导馈线的中心对称的矩形横槽，并与底层双极化辐射结构靠近馈线的一端相接；所述水平极化接地共面波导馈线和水平极化阻抗
变换段依次分布于底部金属层的馈电端，所述底层双极化辐射结构和底层双极化解耦结构交替分布于底部金属层的天线辐射端。
[0016]在一个实施例中，所述顶层双极化辐射结构和底层双极化辐射结构的形状相同；所述顶层双极化解耦结构和底层双极化解耦结构的形状相同。
[0017]在一个实施例中，所述垂直极化接地共面波导馈线和水平极化接地共面波导馈线的特性阻抗均为50欧姆。
[0018]在一个实施例中，所述双极化端射相控阵天线的工作带宽大于20％，剖面高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，包括顶部金属层(1)、中间金属层(2)和底部金属层(3)，顶部金属层(1)印刷于上层介质板(4)的上表面，中间金属层(2)印刷于下层介质板(6)的上表面，底部金属层(3)印刷于下层介质板(6)的下表面，上层介质板(4)和下层介质板(6)通过中间的半固化片(5)沿竖直方向紧密压合在一起，其特征在于：所述顶部金属层(1)包括垂直极化接地共面波导馈线、垂直极化阻抗变换段、顶层双极化辐射结构和顶层双极化解耦结构；所述中间金属层(2)包括垂直极化容性加载结构和弯折带状线；所述底部金属层(3)包括水平极化接地共面波导馈线、水平极化阻抗变换段、底层双极化辐射结构和底层双极化解耦结构；所述上层介质板(4)和中间的半固化片(5)设有垂直极化转换结构金属盲孔；所述下层介质板(6)设有水平极化转换结构金属盲孔；所述上层介质板(4)、半固化片(5)和下层介质板(6)上均设有辐射金属过孔；所述垂直极化接地共面波导馈线、垂直极化阻抗变换段、垂直极化转换结构金属盲孔和垂直极化容性加载结构依次相连，形成用于激励垂直极化的信号通路；所述水平极化接地共面波导馈线、水平极化阻抗变换段、水平极化转换结构金属盲孔和弯折带状线依次相连，形成用于激励水平极化的信号通路；所述顶层双极化辐射结构和底层双极化辐射结构通过辐射金属过孔竖直相连，形成能够支持两种正交极化的端射辐射体；所述顶层双极化解耦结构和底层双极化解耦结构电性相连，形成双极化阵元的解耦单元。2.根据权利要求1所述应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，其特征在于，所述垂直极化接地共面波导馈线、垂直极化阻抗变换段、顶层双极化辐射结构、垂直极化容性加载结构、弯折带状线、水平极化接地共面波导馈线、水平极化阻抗变换段、底层双极化辐射结构、垂直极化转换结构金属盲孔和水平极化转换结构金属盲孔分别有N个单元，顶层双极化解耦结构和底层双极化解耦结构分别有N+1个单元，每一部件的各个单元均在其金属层或介质板上沿水平方向等间距排布；所述顶层双极化解耦结构的每两个单元均匀排布于顶层双极化辐射结构的一个单元的两侧；所述底层双极化解耦结构的每两个单元均匀排布于底层双极化辐射结构的一个单元的两侧。3.根据权利要求2所述应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，其特征在于，所述N＝4，所述双极化端射相控阵天线为等间距排布的一维四元线阵，各部分结构中，其单元间距为λ0/2，λ0为自由空间中的波长，垂直极化工作于0.5波长模式，由两层辐射结构的纵向长度和辐射金属过孔的高度决定；水平极化工作于0.25波长模式，由两层辐射结构的横向宽度和所刻蚀的凹槽长度决定。4.根据权利要求1所述应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，其特征在于，所述上层介质板(4)、半固化片(5)和下层介质板(6)上均设有解耦金属过孔，所述顶层双极化解耦结构和底层双极化解耦结构通过解耦金属过孔竖直相连。5.根据权利要求1或4所述应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，其特征在于，所述上层介质板(4)、半固化片(5)和下层介质板(6)上均设有匹配金属过孔，所述匹配金属过孔作为感性加载，用以扩展垂直极化的工作带宽。6.根据权利要求1所述应用于5G毫米波移动终端的双极化端射相控阵天线，其特征在于：所述垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓长江，朱瑀勍，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：