一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线制造技术

本发明专利技术公布一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，该天线包含全金属毫米波双极化滤波天线和耦合式波导到多层PCB(印刷电路板)上拟同轴线的转换结构；全金属毫米波双极化滤波天线包括了顶部的紧凑十字形双极化辐射器以及内部多个级联的四脊波导节和消失模方波导节；耦合式波导到多层PCB上微带线的转换结构包括了连接全金属的毫米波双极化滤波天线的四脊波导匹配节部分、耦合缝隙部分以及多层PCB上的馈电探针、耦合贴片、拟同轴传输线和微带线。本发明专利技术可以有效地工作于5G毫米波n257频段(26.5GHz

【技术实现步骤摘要】
一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线


[0001]本专利技术涉及电子领域和无线通信技术，尤其涉及一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线。

技术介绍

[0002]面对第五代无线通信的系统需求，毫米波频段的相控阵天线系统受到了广泛的关注。在毫米波集成相控阵系统中，得益于波束成形芯片的成熟和运用，毫米波阵列天线、有源波束成形网络、以及其他的辅助电路可以容易地集成在一块多层PCB(印刷电路板)上。在极度有限的有源阵列天线设计空间限制下，采用滤波天线的设计理念可以使得天线和滤波器在设计层面上和结构层面上都可以紧密地集成在一起。然而，传统的基于PCB的滤波天线设计方法受到介质损耗的影响，呈现出高损耗和低Q值，由于谐振器结构的影响，无法同时提供紧凑的结构和滤波特性。全金属滤波天线可以免受介质损耗的影响，有望在毫米波频段上实现较好的滤波特性。
[0003]另外，在5G毫米波相控阵系统中，馈电电路和全金属天线之间的连接方式被广泛讨论。早期的方法倾向于采用电缆或长传输线连接射频通道和天线单元。然而，现阶段随着体积较小的5G毫米波波束成形芯片的成熟和应用，在紧凑的天线单元或子阵的面积下安装射频连接器变得不切实际。因此，在安装分立天线时，无连接器式馈电的方法因其紧凑的尺寸备受青睐。天线通常是通过表面焊接的工艺连接到馈电电路上的。然而，在阵列天线的焊接中，该方法仍然具有低可靠度和工艺复杂等不足。基于特别设计的耦合式馈电方法有望实现多层PCB上的有源馈电网络与全金属天线之间的有效馈电和简易装配。

技术实现思路

[0004]技术为题：本专利技术提供了一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，该天线结构能够在紧凑的天线单元空间中实现基于全金属结构的滤波天线，并通过耦合馈电的方式与有源馈电网络相集成。该天线可以覆盖所需的毫米波频段，提供可靠的滤波天线性能。
[0005]技术方案：本专利技术的一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线包含全金属毫米波双极化滤波天线和耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构；其中全金属的毫米波双极化滤波天线包含了顶部的紧凑十字形双极化辐射器、金属波导内部交替级联的多个消失模方波导节以及多个四脊波导节，即：从上到下顺序排列为：紧凑十字形双极化辐射器、第一消失模方波导节、第一四脊波导节、第二消失模方波导节、第二四脊波导节、第三消失模方波导节、第三四脊波导节、第四消失模方波导节；耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构包含连接全金属毫米波双极化滤波天线的四脊波导匹配节、多层PCB(13)；四脊波导匹配节包含两段具有不同脊厚度的第一四脊波导匹配节和第二四脊波导匹配节，第二四脊波导匹配节下方设有耦合缝隙，耦合缝隙下方设有多层PCB(13)，该天线由设计在多层PCB背部的微带线端口连接波束成形芯片进行馈电。
[0006]所述的多个消失模方波导节和多个四脊波导节在天线的辐射口面法向上交替级
联。
[0007]所述的紧凑十字形双极化辐射器，其中间刻蚀两条互相垂直交叉的空气缝隙，在两条互相垂直交叉的空气缝隙的四个外端分别刻蚀一条与该空气缝隙垂直的短空气缝隙。
[0008]所述的耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构采用了耦合式的馈电形式，在水平极化探针、垂直极化探针与四脊波导匹配节之间设有耦合缝隙。
[0009]所述的耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构采用了相互垂直交叉放置的耦合贴片，分别连接了水平极化探针和垂直极化探针。
[0010]所述的第一四脊波导节、第二四脊波导节、第三四脊波导节的横截面为矩形的导电壁，在该矩形的导电壁内侧的四条边上各连接一段短导电金属脊，该四条短导电金属脊的外端连接导电壁内侧，该四条短导电金属脊的内端指向矩形导电壁的中心，但彼此不连接。
[0011]所述的第一消失模方波导节、第二消失模方波导节、第三消失模方波导节、第四消失模方波导节的横截面为矩形的导电壁，矩形的导电壁内为空腔。
[0012]所述的四脊波导匹配节，其中连接有两段具有不同脊厚度的金属脊波导，即第一四脊波导节和第二四脊波导节，耦合缝隙位于四脊波导匹配节中第二四脊波导节的下方。
[0013]所述的多层PCB上设有拟同轴传输线、水平极化探针、垂直极化探针、与水平极化探针和垂直极化探针相连的相互垂直交叉放置的耦合贴片以及包围多层PCB中上述结构的过孔围栏。
[0014]所述的多层PCB(13)包括从上到下顺序设置的第一金属层、第一介质板、第二金属层、第一粘合层、第三金属层、第二介质板、第四金属层、第二粘合层、第五金属层、第三介质板、第六金属层；其中水平极化探针、垂直极化探针从上到下穿过所有介质板，其下部连接微带端口；垂直极化探针的上部连接耦合贴片。
[0015]有益效果：所述的一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，天线结构是基于消失模波导滤波器设计的。相比于基于矩形波导设计的滤波天线，由于消失模波导可以实现紧凑的谐振器尺寸，因此所设计的滤波天线可以进行半波长间距组阵。天线顶部的紧凑十字形双极化辐射器同时还可以用作滤波天线的最后一节谐振器，可以与所述的金属滤波天线中其余的三个谐振器一同构成四阶滤波器的响应，实现良好的滤波特性。
[0016]所述的耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构，四脊波导匹配节可以优化转换结构的转换效率。在四脊波导匹配节与多层PCB上的耦合贴片之间的耦合缝隙可以实现信号从多层PCB到金属四脊波导的非接触式连接，方便天线的集成和装配。多层PCB上相互垂直交叉放置的耦合贴片由水平极化和垂直极化探针进行馈电，易于在有限的空间内实现双极化馈电。
[0017]总之，该全金属滤波天线结构能够在紧凑的空间内集成滤波器和辐射器，另外可以通过耦合式的馈电结构与多层板中的馈电电路相集成，这使得天线可以很好地应用于5G毫米波相控阵的相关领域，具有很强的实用性。该天线可以覆盖所需的毫米波频段，提供可靠的天线性能，此外，天线还具备易加工、散热性能好等优点。
附图说明
[0018]图1是本专利技术提供的耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线的总体剖面示意图；
[0019]图2是本专利技术提供的全金属毫米波双极化滤波天线的部分剖面示意图；
[0020]图3是耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构中的PCB叠层结构示意图；
[0021]图4是耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线的有源阵列设计示意图；
[0022]图5是耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线的有源阵列的水平极化波束在方位面和俯仰面进行扫描的实测方向图结果；
[0023]图6是耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线的有源阵列的垂直极化波束在方位面和俯仰面进行扫描的实测方向图结果；
[0024]图7是耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线的有源阵列的垂直和水平极化波束在方位面进行扫描时的实测频率响应结果；
[0025]图中有：紧凑十字形双极化辐射器1、第一消失模方波导节2、第二消失模方波导节3、第三消失模方波导节4、第四消失模方波导节5、第一四脊波导节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，其特征在于，该天线包含全金属毫米波双极化滤波天线和耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构；其中全金属的毫米波双极化滤波天线包含了顶部的紧凑十字形双极化辐射器(1)、金属波导内部交替级联的多个消失模方波导节以及多个四脊波导节，即：从上到下顺序排列为：紧凑十字形双极化辐射器(1)、第一消失模方波导节(2)、第一四脊波导节(6)、第二消失模方波导节(3)、第二四脊波导节(7)、第三消失模方波导节(4)、第三四脊波导节(8)、第四消失模方波导节(5)；耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构包含连接全金属毫米波双极化滤波天线的四脊波导匹配节(9)、多层PCB(13)；四脊波导匹配节(9)包含两段具有不同脊厚度的第一四脊波导匹配节(10)和第二四脊波导匹配节(11)，第二四脊波导匹配节(11)下方设有耦合缝隙(12)，耦合缝隙(12)下方设有多层PCB(13)，该天线由设计在多层PCB(13)背部的微带线端口(19)连接波束成形芯片(20)进行馈电。2.如权利要求1所述一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，其特征在于，所述的多个消失模方波导节和多个四脊波导节在天线的辐射口面法向上交替级联。3.如权利要求1所述一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，其特征在于，所述的紧凑十字形双极化辐射器(1)，其中间刻蚀两条互相垂直交叉的空气缝隙(21)，在两条互相垂直交叉的空气缝隙的四个外端分别刻蚀一条与该空气缝隙垂直的短空气缝隙。4.如权利要求1所述一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，其特征在于，所述的耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构采用了耦合式的馈电形式，在水平极化探针(15)、垂直极化探针(16)与四脊波导匹配节(9)之间设有耦合缝隙(12)。5.如权利要求1所述一种耦合馈电全金属毫米波双极化滤波天线，其特征在于，所述的耦合式波导到多层PCB上拟同轴线的转换结构采用了相互垂直交叉放置的耦合贴片(17)，分别连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：周健义，闻乐天，于志强，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：