印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列制造技术

本发明专利技术涉及毫米波天线技术领域，提供了一种印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列，包括天线结构层以及印刷脊缝隙波导馈电层，天线结构层包括介质基板A、上层地板、两个寄生单元以及四个天线单元，两个寄生单元对称设置于介质基板A上；四个天线单元两两为一组的对称设置于两个寄生单元的两侧，且位于同一侧的两个天线单元对称设置；印刷脊缝隙波导馈电层包括介质基板B，介质基板B上分别开设有第一矩形缝隙和第二矩形缝隙。本发明专利技术通过使用经过小型化设计后的天线单元，实现了天线的小型化设计，对称设置的天线单元以及寄生单元的加载则有效地降低了交叉极化电平，同时提高了天线在高频段的增益。提高了天线在高频段的增益。提高了天线在高频段的增益。

【技术实现步骤摘要】
印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列


[0001]本专利技术涉及毫米波天线
，具体而言，涉及一种印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列。

技术介绍

[0002]近年来，5G移动通信系统所具有的低时延和高传输速率的特性使其已经被应用于各个行业领域。由于微波段的频谱资源短缺且干扰严重，目前很多的5G系统都工作在毫米波段。毫米波段不仅频带宽，而且具有传输速度快、通信安全性高、传输质量好等优点，极大地弥补了微波低频传输的缺点。然而，电磁波在毫米波段的传播过程中具有更高的路径损耗和更强的相位噪声。因此，设计一种具有宽带和高增益性能的毫米波天线具有非常重大的研究意义。
[0003]最近十年，缝隙波导结构由于其能在毫米波频段作为一种具有较低损耗的导波结构，受到了广泛的研究和关注。相比较于传统的微带线结构，缝隙波导结构由于可以抑制非必要表面波的传输，因此具有更低的传输损耗。目前，缝隙波导结构已经广泛地应用于天线阵列馈电网络的设计中。文献“Wide
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Band Slot Antenna Arrays With Single
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Layer Corporate
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Feed Network in Ridge Gap Waveguide Technology,(A.U.Zaman and P.
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S.Kildal,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.62,no.6,pp.2992
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3001,2014)”介绍了一种基于金属脊波导结构的2
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2宽带缝隙天线阵列，该天线阵列实现了在12GHz～15GHz频段的增益高于12.1dBi。然而，由于该天线阵列使用的全金属的脊波导结构使得其重量重、加工困难且难于集成设计。
[0004]为了克服这些缺点，印刷脊缝隙波导结构应运而生，相比较于传统的金属脊波导结构，印刷脊缝隙波导结构直接将微带脊线印刷在PCB电路板上，易于集成、实现的同时保留了脊波导结构传输损耗低的优点。文献“Wideband Low
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Loss Magnetoelectric Dipole Antenna for 5G Wireless Network With Gain Enhancement Using Meta Lens and Gap Waveguide Technology Feeding,(A.Dadgarpour,M.Sharifi Sorkherizi,and A.A.Kishk,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.64,no.12,pp.5094
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5101,2016)”介绍了一种加载开口谐振环结构的1
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4宽带磁电偶极子阵列。该阵列加载印刷脊缝隙波导作为阵列的馈电网络，降低了天线的传输损耗，且阵列单元采用的是磁电偶极子天线，其具有宽带宽的反射性能。并且，为了进一步提高阵列增益，在阵列上方放置了多层开口谐振环结构。最终该阵列可以在30GHz频段实现34％的阻抗带宽，且增益高于16dBi。但是，由于该阵列加载了多层开口谐振环结构且采用的单元为磁电偶极子，导致其整体天线的剖面较高且结构复杂。
[0005]从上述文献中可以看出，在毫米波段使用缝隙波导作为天线的馈电结构是一种降低天线传输损耗的有效方式，而使用印刷的脊缝隙波导结构更易于天线的集成和设计。现已报导文献中实现宽带和高增益的天线都具有较为复杂的多层结构，且整体剖面高、尺寸大，如何在毫米波段设计一款剖面较低、结构简单的小型化宽带天线仍具有非常重要的研
究意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列，其具有较宽带宽且剖面较低，设计的工作中心频率为28GHz，以至少克服现有毫米波天线存在的弊端。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列，包括从上到下依次设置的天线结构层以及印刷脊缝隙波导馈电层；
[0009]所述天线结构层包括介质基板A、上层地板、两个寄生单元以及四个天线单元，所述介质基板A和上层地板从上到下依次紧贴设置；
[0010]两个所述寄生单元对称设置于介质基板A上；四个所述天线单元两两为一组的对称设置于两个寄生单元的两侧，且位于同一侧的两个天线单元对称设置；
[0011]所述印刷脊缝隙波导馈电层包括介质基板B，所述介质基板B紧贴设置于上层地板的底部；
[0012]所述介质基板B上分别开设有第一矩形缝隙和第二矩形缝隙；所述第一矩形缝隙与寄生单元对应，且与单个寄生单元对应的第一矩形缝隙为两个；所述第二矩形缝隙与天线单元一一对应；所述上层地板上开设有与第一矩形缝隙和第二矩形缝隙对应的缝隙。
[0013]在一些可能的实施例中，所述寄生单元包括二分之一圆形贴片，所述二分之一圆形贴片印刷于介质基板A上，两个所述寄生单元的二分之一圆形贴片的弧形边相对，与单个寄生单元对应的两个第一矩形缝隙分别对应二分之一圆形贴片的两端；
[0014]所述天线单元包括四分之一圆形贴片以及四分之一圆弧形贴片，所述四分之一圆形贴片印刷于介质基板A上且位于内环，所述四分之一圆弧形贴片印刷于介质基板A上且位于外环，所述四分之一圆形贴片的弧形边与四分之一圆弧形贴片的内弧形边相对，所述第二矩形缝隙与四分之一圆形贴片对位。
[0015]在一些可能的实施例中，所述二分之一圆形贴片的直边、四分之一圆弧形贴片的外弧形边以及位于寄生单元同一侧的两个天线单元的四分之一圆弧形贴片相对的直边均开设有金属化通孔，所述金属化通孔贯穿介质基板A后与上层地板连接。
[0016]在一些可能的实施例中，所述印刷脊缝隙波导馈电层还包括介质基板C、介质基板D以及下层地板，所述介质基板C、介质基板D以及下层地板从上到下依次紧贴设置于介质基板B的底部；
[0017]所述介质基板C的顶面设置有馈电网结构，所述馈电网结构外接SMA接头，所述介质基板D的顶面设置有EBG结构。
[0018]在一些可能的实施例中，所述馈电网结构包括印刷于介质基板C顶面的四分之一波长阻抗变换器、50Ω微带脊线以及50Ω微带线，所述50Ω微带脊线的一端与四分之一波长阻抗变换器连接，所述50Ω微带脊线的另一端与50Ω微带线的一端连接，所述50Ω微带线的另一端连接SMA接头。
[0019]在一些可能的实施例中，所述EBG结构包括多个印刷于介质基板D顶面的EBG单元贴片，多个所述EBG单元贴片呈矩形阵列分布，所述介质基板D上开设有与EBG单元贴片一一
对应的EBG金属化通孔，所述EBG金属化通孔贯穿介质基板D后与下层地板相连。
[0020]在一些可能的实施例中，印刷于介质基板D顶面的EBG单元贴片为12
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列，包括从上到下依次设置的天线结构层以及印刷脊缝隙波导馈电层，其特征在于，所述天线结构层包括介质基板A、上层地板、两个寄生单元以及四个天线单元，所述介质基板A和上层地板从上到下依次紧贴设置；两个所述寄生单元对称设置于介质基板A上；四个所述天线单元两两为一组的对称设置于两个寄生单元的两侧，且位于同一侧的两个天线单元对称设置；所述印刷脊缝隙波导馈电层包括介质基板B，所述介质基板B紧贴设置于上层地板的底部；所述介质基板B上分别开设有第一矩形缝隙和第二矩形缝隙；所述第一矩形缝隙与寄生单元对应，且与单个寄生单元对应的第一矩形缝隙为两个；所述第二矩形缝隙与天线单元一一对应；所述上层地板上开设有与第一矩形缝隙和第二矩形缝隙对应的缝隙。2.根据权利要求1所述的印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列，其特征在于，所述寄生单元包括二分之一圆形贴片，所述二分之一圆形贴片印刷于介质基板A上，两个所述寄生单元的二分之一圆形贴片的弧形边相对，与单个寄生单元对应的两个第一矩形缝隙分别对应二分之一圆形贴片的两端；所述天线单元包括四分之一圆形贴片以及四分之一圆弧形贴片，所述四分之一圆形贴片印刷于介质基板A上且位于内环，所述四分之一圆弧形贴片印刷于介质基板A上且位于外环，所述四分之一圆形贴片的弧形边与四分之一圆弧形贴片的内弧形边相对，所述第二矩形缝隙与四分之一圆形贴片对位。3.根据权利要求2所述的印刷脊缝隙波导馈电的宽带低交叉极化毫米波天线阵列，其特征在于，所述二分之一圆形贴片的直边、四分之一圆弧形贴片的外弧形边以及位于寄生单元同一侧的两个天线单元的四分之一圆弧形贴片相对的直边均开设有金属化通孔，所述金属化通孔贯穿介质基板A后与上层地板连接。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程友峰，彭启航，钟选明，廖成，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：