一种双极化滤波天线、阵列天线及无线通信设备制造技术

本发明专利技术公开了一种双极化滤波天线、阵列天线及无线通信设备，所述辐射贴片层包括蚀刻槽和加载短路柱的辐射贴片，所述辐射贴片周围加载寄生谐振器，所述寄生枝节匹配层设置开路枝节，所述金属地层为双极化滤波天线的参考地平面，所述馈电线层设置双极化差分馈电网络。本发明专利技术具有体积小、加工工艺成熟、节约成本、带宽宽、滤波性能好的优势，组成阵列天线可实现宽角度的波束扫描，满足毫米波通信设备的应用需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种双极化滤波天线、阵列天线及无线通信设备


[0001]本专利技术涉及通信领域，特别涉及一种双极化滤波天线、阵列天线及无线通信设备。

技术介绍

[0002]毫米波移动通信是我国重点发展的战略性领域。相比Sub
‑
6GHz频段，毫米波频段具备低时延的特性，频谱资源丰富，可以满足大带宽的热点区域等应用场景，不仅可以提升民用终端的通信体验，还可以助力工业互联网等战略场景实现技术升级。在应用中，常常将滤波器与天线集成在收发机前端以抑制镜像频率干扰、中频泄漏、高次谐波以及来自其他系统的干扰，而这种方案不但造成尺寸增大，也同时引入较大的插入损耗，恶化本身的性能，难以与芯片一体化集成到系统中。因此，将滤波功能直接集成到天线结构中，不引入额外的滤波电路，这种方案有利于天线与整体系统性能的进一步提升。
[0003]此外，相控阵技术是毫米波通信发展过程中的关键技术之一，利用相控阵天线的波束赋形、空间复用和空间分集等技术，从而显著提升频谱效率、系统容量、覆盖效果和抗干扰能力，以满足万物互联的大量用户需求，从而实现高速率、大容量等特性。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种双极化滤波天线、阵列天线及无线通信设备。
[0005]本专利技术在不影响通带内天线本身性能工作的同时，通带外实现了高滚降的增益抑制效果，同时拓展天线单元波束宽度，可在阵列天线中实现良好的扫描性能。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种双极化滤波天线，由上至下包括寄生贴片层、辐射贴片层、寄生枝节匹配层、金属地层和馈电线层，上述各功能层之间通过介质基板连接；
[0008]所述寄生贴片层设置寄生贴片，所述辐射贴片层包括辐射贴片及寄生谐振器，所述寄生贴片与辐射贴片构成叠层贴片，在高频带外由于电耦合起主导作用导致寄生贴片与辐射贴片上产生反相电流，在远场辐射相消，产生第一辐射零点；所述辐射贴片开槽，所述槽将寄生贴片与辐射贴片电磁耦合的形式由电耦合改为磁耦合，调控第一辐射零点由高频向低频移动。
[0009]进一步，所述辐射贴片开槽，所述槽包括十字型槽和四个矩形槽。
[0010]进一步，所述四个矩形槽分别设置在十字型槽的末端，所述矩形槽通过短路柱将辐射贴片层与金属地层连接，所述短路柱等效为辐射贴片与金属地之间并联电感，在叠层贴片反相电流的基础上进一步减弱辐射贴片上的电流强度，增强第一辐射零点的滚降性能，同时引入垂直电流，拓展波宽，增强组阵后阵列天线的波束扫描性能。
[0011]进一步，所述寄生谐振器为半波长开路谐振器或四分之一波长短路谐振器，所述寄生谐振器与所述辐射贴片耦合，等效于一个串联谐振与所述辐射贴片耦合，所述寄生谐振器工作在谐振频率时吸收所有能量，导致所述辐射贴片的辐射受抑制，实现带阻性能，在
通带边缘产生第二辐射零点。
[0012]进一步，所述寄生枝节匹配层包括四个开路枝节，所述开路枝节加载在馈电金属柱上，用于调整匹配，控制谐振频率处的电流无法正常馈入辐射贴片，使得所述辐射贴片无法正常辐射，产生第三辐射零点。
[0013]进一步，在辐射贴片
±
45度的对角上设置差分对，由所述馈电线层的两个单极化差分馈电网络分别激励，实现双极化。
[0014]进一步，所述辐射贴片和寄生贴片为单一矩形、切角矩形或多个矩形排布。
[0015]进一步，所述金属地层设置圆形孔，与馈电线层形成隔离。
[0016]一种阵列天线，包括N
×
M个如所述双极化滤波天线，N，M为自然数。
[0017]一种无线通信设备，包括所述的阵列天线。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0019]1、本专利技术叠层结构简单，可选用多种加工工艺设计，带宽宽，滤波性能好，应用场景多，可通过调整馈电网络实现一芯片驱动多天线的工作模式，减少芯片数量，节约成本。
[0020]2、本专利技术通过蚀刻槽和加载短路柱，将叠层贴片本身的电耦合作用转变为磁耦合，实现高滚降辐射零点从高频移至低频，同时利用多种结构的谐振，在没引入额外滤波电路的前提下，实现良好的滤波性能。
[0021]3、本专利技术利用加载的短路柱引入垂直电流，拓展天线单元的波束宽度，基于此设计的大规模相控阵天线可实现宽角度波束扫描，满足毫米波通信的市场化需求。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术实施例1的结构示意图。
[0024]图2是本专利技术实施例1的双极化滤波天线的结构分解图。
[0025]图3是本专利技术实施例1的寄生贴片形状示意图。
[0026]图4是本专利技术实施例1的双极化滤波天线辐射贴片层结构优化图。
[0027]图5是本专利技术实施例1的双极化滤波天线寄生枝节匹配层结构图。
[0028]图6是本专利技术实施例1的双极化滤波天线金属地层结构图。
[0029]图7是本专利技术实施例1的双极化滤波天线的S参数仿真结果图。
[0030]图8是本专利技术实施例1的双极化滤波天线的增益仿真结果图。
[0031]图9是本专利技术实施例1的双极化滤波天线的方向图仿真结果图。
[0032]图10是本专利技术实施例2的双极化滤波天线2
×
2阵列结构图。
[0033]图11是本专利技术实施例2的双极化滤波天线2
×
2阵列的有源回损仿真结果图。
[0034]图12是本专利技术实施例2的双极化滤波天线2
×
2阵列的增益仿真结果图。
[0035]图13是本专利技术实施例2的双极化滤波天线2
×
2阵列不扫描时的方向图仿真结果图。
[0036]图14是本专利技术实施例2的双极化滤波天线2
×
2阵列扫描时的方向图仿真结果图。
[0037]其中，1
‑
寄生贴片层，11
‑
寄生贴片，2
‑
辐射贴片层，21
‑
辐射贴片，22
‑
十字型槽，23
‑
矩形槽，24
‑
短路柱，25
‑
C型枝节，26
‑
W型枝节，3
‑
寄生枝节匹配层，31
‑
开路枝节，4
‑
金属地层，41
‑
隔离圆孔，5
‑
馈电线层，61
‑
第一介质基板，62
‑
第二介质基板，63
‑
第三介质基板，64
‑
第四介质基板。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极化滤波天线，其特征在于，由上至下包括寄生贴片层、辐射贴片层、寄生枝节匹配层、金属地层和馈电线层，上述各功能层之间通过介质基板连接；所述寄生贴片层设置寄生贴片，所述辐射贴片层包括辐射贴片及寄生谐振器，所述寄生贴片与辐射贴片构成叠层贴片，在高频带外由于电耦合起主导作用导致寄生贴片与辐射贴片上产生反相电流，在远场辐射相消，产生第一辐射零点；所述辐射贴片开槽，所述槽将寄生贴片与辐射贴片电磁耦合的形式由电耦合改为磁耦合，调控第一辐射零点由高频向低频移动。2.根据权利要求1所述的双极化滤波天线，其特征在于，所述辐射贴片开槽，所述槽包括十字型槽和四个矩形槽。3.根据权利要求2所述的双极化滤波天线，其特征在于，所述四个矩形槽分别设置在十字型槽的末端，所述矩形槽通过短路柱将辐射贴片层与金属地层连接，所述短路柱等效为辐射贴片与金属地之间并联电感。4.根据权利要求1所述的双极化滤波天线，其特征在于，所述寄生谐振器为半波长开路谐振器或四分之一波长短路谐振器，所述寄生谐振器与所述辐射贴片耦合，等效于一个串联谐振与所述辐射贴片耦合，所述寄生谐振器工...

【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，杨梓熙，姚树锋，苏华峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：