本发明专利技术提供的基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线及天线阵列，包括：第一电壁、第二电壁和辐射贴片；第一电壁、第二电壁相对辐射贴片对称分布，均包括金属条带和金属通孔组；金属条带位于第一层介质基板的上表面，金属通孔组垂直穿透第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板；辐射贴片设置在第三层介质基板的上表面；第三层介质基板的下表面、第四层介质基板的上表面、第四层介质基板的下表面分别对应的设置有第一金属地板、第二金属地板和馈电微带线；金属通孔组连接金属条带和第一金属地板；第一金属地板和第二金属地板上刻有耦合槽线；具有能够提升毫米波信号覆盖范围的有益效果，适用于通信技术领域。适用于通信技术领域。适用于通信技术领域。
【技术实现步骤摘要】
基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线及天线阵列
[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线及天线阵列。
技术介绍
[0002]毫米波相控阵具有高增益和灵活的波束扫描能力，能有效抵抗毫米波的路径损耗，提升毫米波信号的传播距离和覆盖范围，成为毫米波通信的关键技术之一。
[0003]随着日益增长的数据传输需求和广域覆盖的需求，也对毫米波相控阵的带宽和扫描角提出了越来越严格的要求。因此，设计同时兼备宽带和宽扫描角特性的毫米波相控阵具有重要的研究意义和巨大的应用前景。
[0004]据调查与了解，已经公开的现有技术如下：现有技术一，2018年，Yu Bin等人提出了一款应用于5G移动终端的毫米波波束扫描阵列天线；天线单元采用了金属背腔槽线天线，通过在移动终端的金属边框上切槽来实现；为了实现天线单元的小型化，在金属背腔槽里填充了介质；此外，为了展宽天线单元带宽，采用了阶跃式探针馈电代替均匀探针馈电。天线单元实现了8.7%的带宽（27.5
‑
30GHz）。利用改阵元构建了一款1
×
8的阵列天线，阵列的3dB扫描角可以达到
±
60
°
，但是带宽也仅有8.7%（27.5
‑
30GHz），不能同时覆盖5G毫米波的n257（26.5
‑
29.5GHz），n258（24.25
‑
27.5GHz），和n261（27.5
‑
28.35GHz）三个频段。并且其扫描角还有待进一步提升。
[0005]现有技术二，2020年，Deng Changjiang等人提出了一款应用于5G移动终端的毫米波串馈相控阵天线。该阵列包含十个天线单元，以直线形式排布。阵列采用了三明治式的层叠结构，包括位于顶层的十个贴片，位于中间层的地（地板上刻有耦合槽线），以及位于底层的馈电微带传输线。通过在底层的馈电微带线添加开关来构建周期分布的移相器，以实现阵列的波束扫描的特性，阵列最终实现了从
‑
53
°
到68
°
的共121
°
的3dB波束覆盖范围；然而其阻抗带宽仅有7.1%（27
‑
29GHz），无法覆盖5G毫米波n257， n258和n261三个频段共19.5%（24.25
‑
29.5GHz）的带宽。
[0006]现有技术三，2018年，Khalily Mohsen等人提出一款应用5G的宽带毫米波微带阵列天线。天线单元通过采用嵌入式馈电和堆叠寄生贴片，实现了15.18%（25.55
‑
29.75GHz）的阻抗带宽。利用改阵元构建了一款1
×
16的线阵，阵列的
‑
15dB阻抗带宽达到了24.4%（24.35
‑
31.13GHz），并采用了非均匀馈电实现了19.88dBi的高增益；然而其阵列的3dB扫描角仅有
±
54
°
，无法满足毫米波通信对广域覆盖的要求。
[0007]现有技术四，2021年，Dai Xin等人提出了一款应用于5G毫米波的宽带磁电偶极子阵列天线。天线单元采用了孔径耦合磁电偶极子天线。通过在辐射贴片上开槽，一方面延长电流路径以实现阵元的小型化，另一方面改善高次模的辐射特性。天线单元实现了48.8%（24.3
‑
40GHz）的阻抗带宽。利用改阵元构建了一款1
×
8的阵列，阵列的阻抗带宽覆盖了24
‑
39.5GHz，具有宽带特性。然而其阵列的3dB波束扫描角只有
±
45
°
，难以满足毫米波通信对宽覆盖范围的需求。
[0008]综上所述，目前毫米波相控阵天线的研究取得了一定的进展，其中有些阵列实现了宽角扫描特性，但是其阻抗带宽相对较窄（<10%），无法满足日益增长的数据传输的需求；有些阵列实现了较宽的阻抗带宽，但是其扫描角相对较窄（<
±
60
°
），无法满足毫米波通信对宽覆盖范围的需求。
技术实现思路
[0009]为了解决现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线及天线阵列，具有宽带特性和宽角扫描特性，能够有效提升毫米波信号的覆盖范围。
[0010]本专利技术提供了基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线，包括：设置在介质基板上的第一电壁、第二电壁和辐射贴片；所述第一电壁、第二电壁相对辐射贴片对称分布；所述第一电壁和第二电壁结构相同，均包括：金属条带和金属通孔组；所述介质基板为四层结构，由上至下分别为第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板和第四层介质基板；所述金属条带位于第一层介质基板的上表面，所述金属通孔组垂直穿透第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板；所述辐射贴片设置在第三层介质基板的上表面、且位于两个金属通孔组之间；所述第三层介质基板的下表面、第四层介质基板的上表面、第四层介质基板的下表面分别对应的设置有第一金属地板、第二金属地板和馈电微带线；所述金属通孔组连接金属条带和第一金属地板；所述第一金属地板和第二金属地板上刻有耦合槽线；所述馈电微带线通过耦合槽线与辐射贴片耦合。
[0011]可选地，所述金属通孔组包括：三个平行且等距分布的金属化过孔。
[0012]可选地，所述第一层介质基板和第三层介质基板的材料均为Rogers RO5880，第二层介质基板的材料为Rogers CuClad6250，第四层介质基板的材料为Rogers RO4003C。
[0013]可选地，所述第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板、第四层介质基板的厚度分别为：0.381mm、0.787mm、0.038mm、厚度为0.203mm。
[0014]本专利技术还提供了基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线阵列，包括：多个呈阵列排布的阵列单元，所述阵列单元为如上所述的扫描天线。
[0015]可选地，所述阵列单元的数量为两个，两个阵列单元呈一维阵列排布；两个第一电壁位于扫描天线阵列的同一侧，形成第一耦合路径，两个第二电壁位于扫描天线阵列的另一侧，形成第二耦合路径；扫描天线阵列耦合馈电后，所述第一耦合路径与第二耦合路径等效为一阶的巴特沃斯带阻滤波器，形成解耦组件。
[0016]可选地，所述解耦组件的解耦频率表达式为：其中，表示解耦频率，表示金属通孔组的电感，表示金属条带的电容。
[0017]可选地，所述阵列单元的数量为八个，八个阵列单元呈一维阵列排布；八个第一电壁位于扫描天线阵列的同一侧，八个第二电壁位于扫描天线阵列的另一侧；八个馈电微带线的馈电端口沿八个第一电壁或第二电壁的排列方向交替分布。
[0018]可选地，两个阵列单元之间的间距为0.41；其中，表示中心频率的自由空间波长。
[0019]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线，其特征在于，包括：设置在介质基板上的第一电壁（10）、第二电壁（20）和辐射贴片（40）；所述第一电壁（10）、第二电壁（20）相对辐射贴片（40）对称分布；所述第一电壁（10）和第二电壁（20）结构相同，均包括：金属条带（1201）和金属通孔组（1202）；所述介质基板为四层结构，由上至下分别为第一层介质基板（301）、第二层介质基板（302）、第三层介质基板（303）和第四层介质基板（304）；所述金属条带（1201）位于第一层介质基板（301）的上表面，所述金属通孔组（1202）垂直穿透第一层介质基板（301）、第二层介质基板（302）、第三层介质基板（303）；所述辐射贴片（40）设置在第三层介质基板（303）的上表面、且位于两个金属通孔组（1202）之间；所述第三层介质基板（303）的下表面、第四层介质基板（304）的上表面、第四层介质基板（304）的下表面分别对应的设置有第一金属地板（60）、第二金属地板（70）和馈电微带线（80）；所述金属通孔组（1202）连接金属条带（1201）和第一金属地板（60）；所述第一金属地板（60）和第二金属地板（70）上刻有耦合槽线（50）；所述馈电微带线（80）通过耦合槽线（50）与辐射贴片（40）耦合。2.根据权利要求1所述的基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线，其特征在于，所述金属通孔组（1202）包括：三个平行且等距分布的金属化过孔。3.根据权利要求1所述的基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线，其特征在于，所述第一层介质基板（301）和第三层介质基板（303）的材料均为Rogers RO5880，第二层介质基板（302）的材料为Rogers CuClad6250，第四层介质基板（304）的材料为Rogers RO4003C...
【专利技术属性】
技术研发人员：涂治红，王正彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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