基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元及天线阵列制造技术

本申请提供一种基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元及天线阵列，天线单元包括：第一金属板，在第一金属板上依次层叠设置的介质基板和第二金属板；第一金属板

【技术实现步骤摘要】
基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元及天线阵列


[0001]本申请涉及天线
，尤其涉及一种基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元及阵列
。

技术介绍

[0002]随着人们对通信速率需求的不断增加，移动通信频谱不断向更高频段延伸，毫米波频段具有丰富的频率资源，是未来无线通信技术演进的必然方向
。
然而，随着频率升高，波长变短，电磁波传播面临较大的大气衰减，路径损耗急剧上升
。
此外，毫米波功率器件的输出功率和效率较低，且随频率升高而降低
。
为实现更大传输速率和更远传输距离，宽带
、
高效
、
高增益的毫米波天线将不可或缺
。
另一方面由于高增益天线波束较窄，为实现更大范围覆盖，具有快速波束切换
、
高辐射功率的相控阵天线成为毫米波雷达
/
通信系统的必然选择
。
[0003]在传统的相控阵天线中每一个单元都需要接一个
T/R
组件，以完成该单元幅度和相位的调控
。
但在毫米波甚至太赫兹频段，天线的尺寸变得很小
。
在高频段受限于当下芯片制造工艺，
T/R
组件的芯片中一个射频通道的平均尺寸将是一个天线单元的好几倍，这也意味着在高频段，传统相控阵结构将不再有充足的空间来放置
T/R
组件
。
为了解决上述问题，非传统的不规则布阵相控阵天线
(
如多联骨牌阵列
)
不断被提出，这类技术通过拉大单元间距
(
大于半个空气波长
)
，为
T/R
组件的放置留存更多的空间，再通过算法优化单元的布阵位置，来降低旁瓣电平
。
但是，此类设计目前大多停留在理论层面，研究如何通过算法
(
遗传算法
、
粒子群优化算法等
)
排布单元，获得最低的旁瓣，很少有加工验证
。
现有的研究中，部分文献报道利用微带天线单元或者
Vivaldi
天线单元来仿真验证算法的优化结果，但是该类天线需要设计复杂的馈电网络，实现难度非常大
。
[0004]目前，不规则布阵相控阵天线排阵算法的研究趋于成熟，但尚无利于生产应用的天线实物来实践这些算法，因此这类技术还只停留在理论层面，难以应用于工程实践
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元及天线阵列，为不规则布阵相控阵的设计提供便于投入生产应用的天线实物
。
[0006]基于上述目的，本申请提供了一种基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元，包括：第一金属板，以及在所述第一金属板上依次层叠设置的介质基板和第二金属板；
[0007]所述第一金属板
、
所述介质基板以及所述第二金属板相互匹配，所述第一金属板设置有圆形窗口，所述介质基板的边缘均匀设置有若干金属过孔，所述若干金属过孔围成的区域内设置有一个非金属过孔，所述第二金属板设置有若干个辐射缝隙，所述圆形窗口的圆心以及所述非金属过孔的圆心在所述第一金属板的投影重合
。
[0008]在一种可能的实现方式中，所述天线单元还包括馈电结构；
[0009]所述馈电结构为同轴接头
、
矩形波导
、
共面波导
、
微带线中的任意一种
。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述若干金属过孔围成的区域结合所述第一金属板和所述第二金属板构成所述天线单元的谐振腔
。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述馈电接头与所述谐振腔互相耦合，以使所述谐振腔内形成高次模式
。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述若干个辐射缝隙的位置与所述高次模式的同相磁场的位置相同
。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述谐振腔的形状至少为一联骨牌
、
二联骨牌
、
三联骨牌
、
四联骨牌
、
五联骨牌中任意一种
。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述天线单元通过旋转或者镜像变换后得到所述天线单元的衍生单元，当所述天线单元具有对称性时，所述天线单元的衍生单元个数不超过7个；当所述天线单元不具有对称性时，所述天线单元的衍生单元个数为7个
。
[0015]基于同样的目的，本申请还提出了一种基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线阵列，包括：如上述所述的基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元
。
[0016]在一种可能的实现方式中，通过所述天线单元自身重复组合或者所述天线单元与所述天线单元的衍生单元互相组合得到所述天线阵列
。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述天线阵列包括的辐射缝隙的位置与天线阵列中各个高次模式的同相磁场位置相同
。
[0018]从上面所述可以看出，本申请提供的基于宽带高次模的多联骨牌天线单元及天线阵列，天线单元包括第一金属板，以及在第一金属板上依次层叠设置的介质基板和第二金属板；第一金属板
、
介质基板以及第二金属板相互匹配，第一金属板设置有圆形窗口，介质基板的边缘均匀设置有若干金属过孔，若干金属过孔围成的区域内设置有一个非金属过孔，第二金属板设置有若干个辐射缝隙圆形窗口的圆心以及非金属过孔的圆心在第一金属板的投影重合
。
天线阵列包括如上述的天线单元
。
本申请提供了一种基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元，由所述天线单元与所述天线单元的衍生单元互相组合得到的不规则布阵天线阵列，旁瓣电平有明显的降低，结构简单，易于加工，为不规则布阵相控阵的设计提供了便于投入生产应用的天线实物，具有很广泛的应用前景
。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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
。
[0020]图1为本申请实施例提供的基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元的结构爆炸图
。
[0021]图2为本申请实施例提供的部分天线单元谐振腔在未刻蚀所述辐射缝隙情况下，腔体内电场幅度分布示意图
。
[0022]图3为本申请实施例提供的天线单元的谐振腔内电场矢量
、
磁场矢量的分布及开窗辐射示意图
。
[0023]图4为本申请实施例提供的部分天线单元结构示意图
。
[0024]图5为本申请实施例提供的天线单元的反射系数随频率变化曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高次模谐振腔的宽带多联骨牌天线单元，其特征在于，包括：第一金属板，以及在所述第一金属板上依次层叠设置的介质基板和第二金属板；所述第一金属板
、
所述介质基板以及所述第二金属板相互匹配，所述第一金属板设置有圆形窗口，所述介质基板的边缘均匀设置有若干金属过孔，所述若干金属过孔围成的区域内设置有一个非金属过孔，所述第二金属板设置有若干个辐射缝隙，所述圆形窗口的圆心以及所述非金属过孔的圆心在所述第一金属板的投影重合
。2.
根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述天线单元还包括馈电结构；所述馈电结构为同轴接头
、
矩形波导
、
共面波导
、
微带线中的任意一种
。3.
根据权利要求1所述的天线单元，其特征在于，所述若干金属过孔围成的区域结合所述第一金属板和所述第二金属板构成所述天线单元的谐振腔
。4.
根据权利要求3所述的天线单元，其特征在于，所述馈电接头与所述谐振腔互相耦合，以使所述谐振腔内形成高次模式
。5.
根据权利要求4所述的天线单元，其特征在于，所述若干个辐...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐紫航，寇根强，李秀萍，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：