一种单馈大频比三频共口径天线制造技术

技术编号:36339470 阅读:72 留言:0更新日期:2023-01-14 17:52
本发明专利技术公开了一种单馈大频比三频共口径天线,涉及5G通讯技术,针对现有技术中三频天线口径共用低等问题提出本方案。主要通过将微波贴片天线单元放置在双毫米波频段天线单元的的上方,使得双毫米波频段天线单元作为微波贴片天线单元的辐射地板实现共口径的结构复用。巧妙地采用在双毫米波频段天线单元的大矩形SIW腔体中划分四个小腔体以及四个L型辐射缝隙,可以极大提高双毫米波频段的天线增益,采用微带单输入馈电将能量通过十字交叉缝隙和金属柱分别耦合引入,微带上添加CMRC及SIW本身特性,使得高低频隔离度高,两天线单元可调性更为灵活。最终实现一种单馈电、双辐射单元、三频段工作的共口径5G天线。三频段工作的共口径5G天线。三频段工作的共口径5G天线。

【技术实现步骤摘要】
一种单馈大频比三频共口径天线


[0001]本专利技术涉及5G通讯的三频天线,尤其涉及微波、双毫米波三频天线。

技术介绍

[0002]近年来,技术人员对用于5G通信系统的毫米波技术进行了广泛的研究,基本能满足高数据速率、低时延、紧凑性目标以及高效通信的高容量和用户密度的需求。为了实现所需的超高宽带服务,各国际性技术组织均建议使用毫米波频谱,即24、28、37

39和60GHz,目前5G通信中毫米波频段的28GHz和38GHz为主流频段。与此同时为了充分利用频谱资源,并在有限的空间内实现天线多频带的辐射,微波6GHz以下频段和毫米波频段天线单元的集成已成为未来5G通信的研究热点。尤其是sub

6GHz和双毫米波段(28/38GHz)在一起融合的三频段设计。能同时工作在微波、双毫米波波段的三频天线在现代移动通信系统中具有重要的价值。
[0003]如果将工作在不同频段的天线单独分开且并排放置,这样不仅会增加天线相互之间的干扰,而且也会增大天线所占的面积。一般来讲,将具有不同功能并且工作在不同频段的天线通过一些方法使其放置在同一个物理口径面内来实现各自不同背景的应用,这种天线称为共用口径天线,其具有减小天线占地面积的作用。
[0004]传统的三频共口径天线大部分为位于微波频段三频天线设计,或者位于毫米波的三频段天线设计或者位于微波双频段、毫米波三频天线设计,少部分为位于微波、双毫米波三频天线。而已有的微波、双毫米波三频天线都是采用多端口馈电输入,馈电结构复杂。并且它们在设计双毫米波频段天线时先分别独立设计两个毫米波天线单元然后拼凑组合,最后与微波天线单元水平相邻放置,这样口径利用率低几乎为零,占地面积大。例如参考文献Y.Liu,Y.J.Li,L.Ge,et al.“A Compact Hepta

Band Mode

Composite Antenna for Sub(6,28,and 38)GHz Applications”.IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2020,68(4):2593

2602.中先分别独立设计双毫米波频段(28GHz/38GHz)天线单元,然后将双毫米波频段天线单元分离放置,再与微波频段天线单元相邻放置组合,其口径利用率几乎为零,占地面积大,而且采用多端口的馈电形式,馈电结构复杂,高低频增益较低,隔离度较差。
[0005]另外现有的三频天线的微波、双毫米波频段的隔离措施主要是利用高低频天线单元的距离来调节隔离度,但这种情况的隔离度较差。而且会使天线结构设计受限,频率不可调,灵活性差,即当低频或高频段天线辐射结构变化时必然会影响另外一个频段天线的辐射性性能。微波、双毫米波三频的频率比相对较小,频比受限,当频率比增大到一定程度时,天线间的干扰增大。
[0006]由此可见,基于以上背景,目前已有的微波、双毫米波三频段天线采用的是将工作在三种不同频段的天线口径利用率几乎为零,增大了天线的占地面积;同时馈电结构采用多端口馈电的方式,结构复杂;微波、双毫米波三频天线增益较低,尤其是易受影响的毫米波频段,不适合远距离传输;高低频天线隔离度差,微波、双毫米波三频天线频率设计受限,
频率不可调,灵活性差,其中一波段天线设计必然会影响另外一波段天线辐射性能,天线单元彼此间影响较大,微波、双毫米波频段的频率比相对较小。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种单馈大频比三频共口径天线,以解决上述现有技术存在的问题。
[0008]本专利技术中所述一种单馈大频比三频共口径天线,包括依次层叠设置的第一介质层、第一金属层、第二介质层、第二金属层、第三介质层以及第三金属层;且每层结构均沿中轴线左右对称;
[0009]所述的第一介质层底部铺设有馈电微带线;所述馈电微带线沿中轴线延伸,输入端延伸至第一介质层底边,输出端延伸至靠近第一介质层顶边的位置;第一介质层还设有垂直于辐射平面的金属柱;所述金属柱一端与馈电微带线输出端电性连接,另一端贯穿第一介质层、第一金属层、第二介质层、第二金属层、第三介质层和第三金属层,且与第一金属层、第三金属层电性连接;馈电微带线靠近金属柱的位置还设有低通滤波器;
[0010]所述的第一金属层在金属柱贯穿点与本层底边之间设有十字耦合缝隙,所述十字耦合缝隙的交叉点与中轴线重合,十字耦合缝隙的缝隙延伸方向均与中轴线成45
°
夹角;
[0011]所述的第二介质层在金属柱贯穿点与本层底边之间设有基片集成波导腔体,所述基片集成波导腔体由多个金属过孔规则排列围蔽而成;基片集成波导腔体中心位置为耦合区,耦合区在垂直位置上与所述十字耦合缝隙相匹配;基片集成波导腔体内通过四排毫米波分隔金属过孔均匀划分为四个1/4波导腔体;其中左右两排毫米波分隔金属过孔的排列方向与中轴线垂直,上下两排毫米波分隔金属过孔的排列方向与中轴线重合;每个1/4波导腔体内均设有一毫米波匹配金属过孔;第二介质层内所有的金属过孔均与上方的第二金属层和下方的第一金属层电性连接;
[0012]所述的第二金属层呈凸字形,靠近本层顶边的矩形为微波模块,靠近本层底边的矩形为毫米波模块;所述毫米波模块设有与第二介质层各金属过孔一一相配的开孔;毫米波模块、第二介质层和第一金属层层叠构成矩形基片集成波导;第二金属层在所述四个1/4波导腔体的对应位置各设有一L型辐射缝隙;所述的微波模块中部设有圆形缝隙,所述圆形缝隙与所述金属柱同轴且与金属柱之间保持一定距离;
[0013]所述的第三介质层在微波模块对应的位置设有两排微波调节金属过孔,两排微波调节金属过孔的排列方向与中轴线平行且对称;微波调节金属过孔均与上方的第三金属层和下方的第二金属层电性连接;微波模块在各微波调节金属过孔下方的位置还设有一一相配的开孔;
[0014]所述的第三金属层呈凹字形,水平延伸的信号传输段设置在微波模块上方并垂直于中轴线向两侧延伸至毫米波模块之外,信号传输段两端分别向毫米波模块平行延伸出辐射段;信号传输段在中轴线两侧分别设有与各微波调节金属过孔一一相配的开孔;在本层的开孔与金属柱连接点之间还设有两微波调节缝隙;所述两微波调节缝隙相对中轴线对称且平行延伸,靠近本层底边的一端为开放式结构。
[0015]所述十字耦合缝隙的缝隙分别延伸进对应1/4波导腔体的下方。
[0016]所述L型辐射缝隙的长臂垂直于中轴线,短臂平行于中轴线。
[0017]所述的短臂连接长臂远离中轴线的一端。
[0018]所述的长臂宽度比短臂大。
[0019]所述馈电微带线与第一介质层顶边的距离大于所述微波调节缝隙与第三金属层顶边的距离。
[0020]本专利技术中所述一种单馈大频比三频共口径天线,其优点在于,巧妙地采用在双毫米波频段天线单元的大矩形SIW腔体中划分四个小腔体以及四个L型辐射缝隙,可以极大提高双毫米波频段的天线增益。十字耦合缝隙结合四个本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单馈大频比三频共口径天线,其特征在于,包括依次层叠设置的第一介质层(10)、第一金属层(20)、第二介质层(30)、第二金属层(40)、第三介质层(50)以及第三金属层(60);且每层结构均沿中轴线左右对称;所述的第一介质层(10)底部铺设有馈电微带线(11);所述馈电微带线(11)沿中轴线延伸,输入端延伸至第一介质层(10)底边,输出端延伸至靠近第一介质层(10)顶边的位置;第一介质层(10)还设有垂直于辐射平面的金属柱(13);所述金属柱(13)一端与馈电微带线(11)输出端电性连接,另一端贯穿第一介质层(10)、第一金属层(20)、第二介质层(30)、第二金属层(40)、第三介质层(50)和第三金属层(60),且与第一金属层(20)、第三金属层(60)电性连接;馈电微带线(11)靠近金属柱(13)的位置还设有低通滤波器(12);所述的第一金属层(20)在金属柱(13)贯穿点与本层底边之间设有十字耦合缝隙(21),所述十字耦合缝隙(21)的交叉点与中轴线重合,十字耦合缝隙(21)的缝隙延伸方向均与中轴线成45
°
夹角;所述的第二介质层(30)在金属柱(13)贯穿点与本层底边之间设有基片集成波导腔体(31),所述基片集成波导腔体(31)由多个金属过孔规则排列围蔽而成;基片集成波导腔体(31)中心位置为耦合区(34),耦合区(34)在垂直位置上与所述十字耦合缝隙(21)相匹配;基片集成波导腔体(31)内通过四排毫米波分隔金属过孔(32)均匀划分为四个1/4波导腔体;其中左右两排毫米波分隔金属过孔(32)的排列方向与中轴线垂直,上下两排毫米波分隔金属过孔(32)的排列方向与中轴线重合;每个1/4波导腔体内均设有一毫米波匹配金属过孔(33);第二介质层(30)内所有的金属过孔均与上方的第二金属层(40)和下方的第一金属层(20)电性连接;所述的第二金属层(40)呈凸字形,靠近本层顶边的矩形为微波模块(48),靠近本层底边的矩形为毫米波模块(49);所述毫米波模块(49)设有与第二介质层(30)各金属过...

【专利技术属性】
技术研发人员:邓秋君陈楷升左丽
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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