【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁场与微波，涉及一种宽带高隔离度双极化毫米波天线及天线阵列，具体是一种利用电容耦合馈电的在宽阻抗带宽上具有高端口隔离度的毫米波天线单元即由该天线单元构成的相关阵列，其中工作中心频率为27.5ghz，比例带宽为13.1％，端口隔离度大于29db。
技术介绍
1、随着5g无线通信的不断发展，大容量，大传输速率，超低时延的特性给人们的生活带来了很大的便利。5g技术主要包含以下这些关键技术：毫米波技术、大规模mimo技术、同时同频全双工技术、终端直通技术(device-to-device，d2d)、密集网络覆盖技术、新型网络架构技术。其中多输入多输出(multi-input multi-output，mimo)技术可以在不扩大频谱资源使用的同时极大的提高信道容量和高数据传输速率，因此被广泛的应用于现代无线通信系统。同时由于通信应用的不断发展，低频段已经无法满足现代无线通讯的要求，移动通信系统传统的工作频段主要集中在3ghz以下，这使得频谱资源十分拥挤，而在毫米波、太赫兹频段可用频谱资源仍丰富。显然毫米波技术是一个能够有效缓解频谱资源紧张的可行方案，可以实现极高速短距离通信，支持5g容量和传输速率等方面的需求。随着集成度的不断增加，封装天线(antenna in package，aip)应运而生。aip是一种基于特定的封装材料与工艺，将天线与芯片集成在系统封装内，实现系统级无线功能的技术。aip技术兼顾了天线的性能、成本、体积、集成度，顺应了无线系统集成度不断提高的趋势。
2、双极化天线作为一种广泛应用于基站天
3、随着5g无线通信技术的不断发展，对于天线带宽以及端口之间独立性的要求会越来越高，随着大规模mimo天线在基站中的普及以及毫米波频段的不断开发利用，一种宽带高隔离度的毫米波天线及其天线阵列的设计方案变得尤为重要。
4、本专利技术提出了一种宽带高隔离度双极化毫米波天线及天线阵列，利用耦合电容式馈电获得了两个谐振零点的宽阻抗匹配带宽，再通过±45°的馈电位置以及合适的贴片天线得到摆放位置实现天线的±45°双极化。采用重布线层(redistribution layer，rdl)工艺实现该设计，中间介质层(4)是为了增强整体芯片的厚度并获得更大的辐射带宽，中间介质层(4)上的两层厚度为8um的第一金属层(1)、第二金属层(3)通过第一金属通孔(81)连接从而降低导体损耗。引入接地环(13)增加天线单元之间的隔离，接地环(13)与系统地板(51)通过第三金属通孔(83)连接做共地处理，形成了一种背向基片集成波导腔(substrateintegratedwaveguide，siw)结构，用于降低天线单元之间隔离度，并通过改变接地环(13)的部分结构获得了更好的天线单元内部端口隔离度。最后通过2*2的阵列设计验证提出的双极化天线阵列具有宽阻抗带宽以及良好的天线单元内部隔离和天线单元间隔离。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现代毫米波通信对于高性能天线的要求，提供一种宽带高隔离度双极化毫米波天线及天线阵列。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、第一方面，本专利技术提出一种宽带高隔离度双极化毫米波天线，基于rdl工艺，工作在25.78ghz-29.09ghz；所述天线依次包括包括第一金属层(1)、顶层介质层(2)、第二金属层(3)、中间介质层(4)、第三金属层(5)、底层介质层(6)、第四金属层(7)；
4、所述第一金属层(1)包括主辐射贴片(11)、两个电容耦合馈电贴片(12)、接地环(13)；所述两个电容耦合馈电贴片(12)被正交放置在主辐射贴片(11)的相邻两侧，用于获得±45°的极化；所述主辐射贴片(11)、两个电容耦合馈电贴片(12)位于所述接地环(13)内；
5、所述第二金属层(3)与所述第一金属层(1)结构相同，且所述第一金属层(1)在所述第一金属层(1)上的投影与所述第一金属层(1)重合；所述第一金属层(1)与所述第二金属层(3)通过贯穿顶层介质层(2)的第一金属通孔(81)连接，用于降低导体损耗；
6、所述第三金属层(5)为系统地板(51)；
7、所述第四金属层(7)包括两条微带馈线(71)；所述两条微带馈线(71)分别通过第二金属通孔(82)与两个电容耦合馈电贴片(12)相连；
8、由接地环(13)、系统地板(51)、第三金属通孔阵列构成背向siw结构；所述第三金属通孔(83)阵列由多个连接接地环(13)、系统地板(51)的第三金属通孔(83)构成，所述第三金属通孔(83)贯穿顶层介质层(2)、中间介质层(4)；
9、作为优选，所述接地环(13)的靠近两个电容耦合馈电贴片(12)侧设有第一凸起(131)；所述接地环(13)的第一凸起(131)所在边的两邻边分别设有第二凸起(132)，所述第一凸起(131)、第二凸起(132)朝向所述接地环(13)环内；更为优选，所述第一凸起(131)为矩形结构；所述第二凸起(132)为由两个堆叠的矩形构成，朝向接地环(13)的矩形尺寸大于朝向主辐射贴片(11)的矩形尺寸；
10、作为优选，所述第一金属层(1)、第二金属层(3)、第三金属层(5)、第四金属层(7)的材质为铜；顶层介质层(2)、底层介质层(6)的材质为聚酰亚胺(pi)；中间介质层(4)的材质为玻璃；
11、作为优选，所述中间介质层(4)厚度为600um，第一金属层(1)、第二金属层(3)、第三金属层(5)、第四金属层(7)、顶层介质层(2)、底层介质层(6)的厚度均为8um。
12、第二方面，本专利技术提出一种宽带高隔离度双极化毫米波天线阵列，包括n×m个天线单元，n≥1,m≥1,；相邻天线单元间距为0.46λ，每个天线单元结构相同，采用上述宽带高隔离度双极化毫米波天线。优选2*2天线阵列，由于背向siw腔的引入，天线单元之间也有较高的隔离度(s21＜-29db)。
13、本专利技术的有益效果是：
14、本专利技术提出的宽带高隔离度双极化毫米波天线在工作频带内有宽阻抗匹配带宽(13.1％)和高端口隔离(s21＜-29db)，通过采取两层辐射金属层通过第一金属通孔连接来降低导体损耗从而提升天线辐射效率。通过电容耦合馈电贴片对主辐射贴片进行耦合馈电从而获得双谐振的宽阻抗带宽，并将其正交的放置在主辐射贴片的两侧从而实现±45°的双极化特性。最后通过引入本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽带高隔离度双极化毫米波天线，基于RDL工艺，所述天线包括第一金属层(1)、顶层介质层(2)、第二金属层(3)、中间介质层(4)、第三金属层(5)、底层介质层(6)、第四金属层(7)；
2.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述主辐射贴片(11)与两个电容耦合馈电贴片(12)存在间距；两个电容耦合馈电贴片(12)存在间距；所述微带馈线(71)在所述第一金属层(1)上的投影与主辐射贴片(11)错开设置。
3.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述接地环(13)的靠近两个电容耦合馈电贴片(12)侧设有第一凸起(131)，所述第一凸起(131)朝向所述接地环(13)环内；所述接地环(13)的第一凸起(131)所在边的两邻边分别设有第二凸起(132)，所述第二凸起(132)朝向所述接地环(13)环内。
4.根据权利要求3所述天线，其特征在于所述第一凸起(131)为矩形结构；所述第二凸起(132)为由两个堆叠的矩形构成，朝向接地环(13)的矩形尺寸大于朝向主辐射贴片(11)的矩形尺寸。
5.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述第一金
6.根据权利要求5所述天线，其特征在于所述中间介质层(4)厚度为600um，第一金属层(1)、第二金属层(3)、第三金属层(5)、第四金属层(7)、顶层介质层(2)、底层介质层(6)的厚度均为8um。
7.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述主辐射贴片(11)与电容耦合馈电贴片(12)的间距g控制宽带谐振中两个谐振零点的频率；通过改变主辐射贴片(11)尺寸能够控制双谐振零点中较低频率零点的谐振频率。
8.根据权利要求7所述天线，其特征在于主辐射贴片(11)与电容耦合馈电贴片(12)的间距g为0.033λ，λ为自由空间工作中心频率27.5GHz对应的波长；所述接地环(13)的环宽为0.018λ；所述电容耦合馈电贴片(12)的长度为0.17λ；所述主辐射贴片(11)的长宽为0.20λ。
9.根据权利要求1所述天线，其特征在于天线工作频率在25.78GHz-29.09GHz。
10.一种宽带高隔离度双极化毫米波天线阵列，包括n×m分布的多个天线单元，n≥1，m≥1；其特征在于相邻天线单元间距为0.46λ，每个天线单元结构相同，采用权利要求1-9任一项所述的天线。
...【技术特征摘要】
1.一种宽带高隔离度双极化毫米波天线，基于rdl工艺，所述天线包括第一金属层(1)、顶层介质层(2)、第二金属层(3)、中间介质层(4)、第三金属层(5)、底层介质层(6)、第四金属层(7)；
2.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述主辐射贴片(11)与两个电容耦合馈电贴片(12)存在间距；两个电容耦合馈电贴片(12)存在间距；所述微带馈线(71)在所述第一金属层(1)上的投影与主辐射贴片(11)错开设置。
3.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述接地环(13)的靠近两个电容耦合馈电贴片(12)侧设有第一凸起(131)，所述第一凸起(131)朝向所述接地环(13)环内；所述接地环(13)的第一凸起(131)所在边的两邻边分别设有第二凸起(132)，所述第二凸起(132)朝向所述接地环(13)环内。
4.根据权利要求3所述天线，其特征在于所述第一凸起(131)为矩形结构；所述第二凸起(132)为由两个堆叠的矩形构成，朝向接地环(13)的矩形尺寸大于朝向主辐射贴片(11)的矩形尺寸。
5.根据权利要求1所述天线，其特征在于所述第一金属层(1)、第二金属层(3)、第三金属层(5)、第四金属层(7)的材质为铜；顶层介质层(2)、底层介质层...
【专利技术属性】
技术研发人员：王高峰，程一峰，何阳阳，陈世昌，
申请(专利权)人：杭州泛利科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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