【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，属于无线通信。
技术介绍
1、在以第五代蜂窝通信(5g)为代表的未来通信技术发展中，毫米波能够为移动通信提供前所未有的频谱资源和每秒数千兆位的数据传输速率，因此成为行业研究和技术开发的热点。其中，以28ghz和39ghz频段为代表的一批毫米波频谱已经分配给5g无线通信使用。作为无线通信系统中的重要器件，具有低剖面、宽频带、双极化、平稳增益等性能的平面集成式天线在毫米波高集成度设备中具有广阔的应用前景。由于毫米波频段特征波长小，毫米波天线和阵列的设计和实现通常受到工艺和空间的限制，通常存在工作频带窄、天线效率低、和口径效率低等问题。
2、双极化天线具有在同频率、同时刻、同步发射或接收一对正交的线极化或圆极化电磁波的能力，得益于正交极化信道之间的高隔离，可在不增加系统物理口径情况下相较于单极化天线实现系统容量倍增。当双极化天线的两个正交极化在同一时刻分别工作于接收和发射状态时，则可以构成收发一体化通信系统。此外，(双)极化分集是克服无线传输多径衰落现象、提供良好的目标识别、分类和抗干扰性能的有效途径。因此，双极化天线在无线通信领域具有非常重要的应用价值。
3、双极化天线的设计和实现方式有很多，但随着工作频率的不断提高，在毫米波频段其设计存在着大量难点，例如：传统的毫米波双极化天线设计方法获得的工作带宽较窄，不能适配毫米波通信的宽宽需求。为了实现宽带化设计，通常会采用多种谐振模式复合设计，例如在主辐射单元基础上引入寄生贴片产生多重共振。这种通过引入多重谐振的
技术实现思路
1、专利技术目的：针对以上问题，本专利技术目的在于设计一种具有完全平面集成工艺、低剖面、低复杂度、高端口隔离和平稳增益的毫米波宽带双极化天线阵列。
2、技术方案：为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，包括自上而下的第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层和第五金属层，任意相邻两层金属层之间为介质基片；所述阵列的双线极化天线单元包括位于第一金属层中的四个结构相同电磁偶极子，以及由四个电磁偶极子围合形成正方形外框结构中间位置的正方形寄生贴片；所述第二金属层中设有对应于各双线极化天线单元的第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，第一辐射缝隙和第二辐射缝隙构成十字形辐射缝隙；所述电磁偶极子在靠近十字形辐射缝隙处设有连接第一金属层和第二金属层的金属化通孔，所述正方形寄生贴片在靠近四个顶角处设有连接第一金属层和第二金属层的金属化通孔；所述第三金属层和第四金属层上分别设有两个线极化方向的激励带状线。
4、作为优选，所述天线阵列的馈电网络采用基片集成同轴线结构；第三金属层和第四金属层的激励带状线由第二金属层和第五金属层构成其上下金属地屏蔽。
5、作为优选，所述双线极化天线阵列，包括上层介质基片，中间层介质基片，粘合层介质基片和下层介质基片，所述上层介质基片的上表面设有所述第一金属层，所述上层介质基片和中间层介质基片中间设有所述第二金属层，所述中间层介质基片和粘合层介质基片的中间设有所述第三金属层，所述粘合层介质基片和下层介质基片中间设有所述第四金属层，所述下层介质基片下表面设有所述第五金属层。
6、作为优选，所述第一金属层中设计有八个结构相同的双线极化天线单元；所述第二金属层中设有八个结构相同的第一辐射缝隙与八个结构相同的第二辐射缝隙。
7、作为优选，所述电磁偶极子由一对直角梯形金属片按照直角边相对方式对称放置，且在两个直角梯形金属片中间留有缝隙；所述直角梯形金属片的斜边与底边呈45°夹角；在一对梯形金属贴片中靠近直角边处设有连接所述第一金属层和第二金属层的一对金属化通孔；所述四个电磁偶极子按照顺时针90°依次旋转排列围合形成正方形外框结构，所述四个电磁偶极子中直角梯形金属片的斜边相互平行且保留缝隙间隔；所述正方形寄生贴片中靠近四个顶角处设有四个对称放置的金属化通孔。
8、作为优选，两个直角梯形金属片之间的缝隙与下方辐射缝隙上下平行对齐，且宽于辐射缝隙，直角梯形金属片上的金属化通孔跨接在辐射缝隙的两侧；所述正方形寄生贴片上的四个金属化通孔分别位于由第一辐射缝隙和第二辐射缝隙构成的十字缝隙分割出的四个象限顶角附近。
9、作为优选，所述天线阵列设有第一馈电网络和第二馈电网络，所述第一馈电网络设有一个第一级一分二功率分配器，两个第二级一分二功率分配器以及四个第三级一分二功率分配器；所述第一级一分二功率分配器的两个输出端分别连接两个第二级一分二功率分配器；第二级一分二功率分配器的输出分别连接两个第三级一分二功率分配器；四个第三极一分二功率分配器的输出端分别激励八个带状线，八个带状线等间距排布且为开路，与所述双线极化天线单元一一对应，通过八个第一辐射缝隙对双线极化天线单元的水平极化进行激励；所述八个带状线与对应的第一辐射缝隙垂直放置；所述第二馈电网络设有一个第一级一分二功率分配器，两个第二级一分二功率分配器以及四个第三级一分二功率分配器；所述第一级一分二功率分配器的两个输出端分别连接两个第二级一分二功率分配器；第二级一分二功率分配器的输出分别连接两个第三级一分二功率分配器；四个第三极一分二功率分配器的输出端分别激励八个带状线，八个带状线等间距排布且为开路，与所述双线极化天线单元一一对应，通过八个第二辐射缝隙对双线极化天线单元的垂直极化进行激励；所述八个带状线与对应的第二辐射缝隙垂直放置。
10、作为优选，基片集成同轴线网络两侧设有等间距排列的金属化通孔，金属化通孔贯穿中间层介质基片，粘合层介质基片和下层介质基片连接了第二金属层和第五金属层构成四周金属地屏蔽；所述天线阵列边缘设有连接第二金属层和第五金属层的金属化通孔阵列；所述金属化通孔阵列用于构成金属地屏蔽。
11、作为优选，所有介质基片通过非金属化通孔贯穿；所述非金属化通孔用于安装非金属螺丝以固定介质基片。
12、作为优选，承载双线极化天线单元的介质基片尺寸小于承载天线馈电网络的介质基片。
13、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
14、1)本专利技术采用了四个电磁偶极子围合结构加载寄生贴片实现双线极化天线单元设计，这样能够实现宽频带阻抗匹配。双极化天线阵列的极化公用带宽达到57.88％。
15、2)本专利技术引入额外的寄生贴片结构，附加的寄生贴片与金属化通孔能够形成环路电流，可以充当电感使较低频段的输入电抗变得感性。改善了工作频段下边缘的阻抗匹配。同时寄生贴片可以引入新的谐振模式，在较高频段补偿增益。保证了宽带辐射特性的平稳。
16、3)本专利技术通过将两种极化的馈电网络分布在中间层基板的下表面金属与下层基板的上表面金属；馈电网络使用基片集成同轴线结构，具有更低的传输损耗，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：包括自上而下的第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层和第五金属层，任意相邻两层金属层之间为介质基片；所述阵列的双线极化天线单元包括位于第一金属层中的四个结构相同电磁偶极子，以及由四个电磁偶极子围合形成正方形外框结构中间位置的正方形寄生贴片；所述第二金属层中设有对应于各双线极化天线单元的第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，第一辐射缝隙和第二辐射缝隙构成十字形辐射缝隙；所述电磁偶极子在靠近十字形辐射缝隙处设有连接第一金属层和第二金属层的金属化通孔，所述正方形寄生贴片在靠近四个顶角处设有连接第一金属层和第二金属层的金属化通孔；所述第三金属层和第四金属层上分别设有两个线极化方向的激励带状线。
2.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所述天线阵列的馈电网络采用基片集成同轴线结构；第三金属层和第四金属层的激励带状线，由第二金属层和第五金属层构成上下金属地屏蔽。
3.根据权利要求2所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：包括上层介质基片，中间层介质基片，粘合层介质基片和
4.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所述第一金属层中设计有八个结构相同的双线极化天线单元；所述第二金属层中设有八个结构相同的第一辐射缝隙与八个结构相同的第二辐射缝隙。
5.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所述电磁偶极子由一对直角梯形金属片按照直角边相对方式对称放置，且在两个直角梯形金属片中间留有缝隙；所述直角梯形金属片的斜边与底边呈45°夹角；在一对梯形金属贴片中靠近直角边处设有连接所述第一金属层和第二金属层的一对金属化通孔；所述四个电磁偶极子按照顺时针90°依次旋转排列围合形成正方形外框结构，所述四个电磁偶极子中直角梯形金属片的斜边相互平行且保留缝隙间隔；所述正方形寄生贴片中靠近四个顶角处设有四个对称放置的金属化通孔。
6.根据权利要求5所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：两个直角梯形金属片之间的缝隙与下方辐射缝隙上下平行对齐，且宽于辐射缝隙，直角梯形金属片上的金属化通孔跨接在辐射缝隙的两侧；所述正方形寄生贴片上的四个金属化通孔分别位于由第一辐射缝隙和第二辐射缝隙构成的十字缝隙分割出的四个象限顶角附近。
7.根据权利要求4所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所述天线阵列设有第一馈电网络和第二馈电网络，所述第一馈电网络设有一个第一级一分二功率分配器，两个第二级一分二功率分配器以及四个第三级一分二功率分配器；所述第一级一分二功率分配器的两个输出端分别连接两个第二级一分二功率分配器；第二级一分二功率分配器的输出分别连接两个第三级一分二功率分配器；四个第三极一分二功率分配器的输出端分别激励八个带状线，八个带状线等间距排布且为开路，与所述双线极化天线单元一一对应，通过八个第一辐射缝隙对双线极化天线单元的水平极化进行激励；所述八个带状线与对应的第一辐射缝隙垂直放置；所述第二馈电网络设有一个第一级一分二功率分配器，两个第二级一分二功率分配器以及四个第三级一分二功率分配器；所述第一级一分二功率分配器的两个输出端分别连接两个第二级一分二功率分配器；第二级一分二功率分配器的输出分别连接两个第三级一分二功率分配器；四个第三极一分二功率分配器的输出端分别激励八个带状线，八个带状线等间距排布且为开路，与所述双线极化天线单元一一对应，通过八个第二辐射缝隙对双线极化天线单元的垂直极化进行激励；所述八个带状线与对应的第二辐射缝隙垂直放置。
8.根据权利要求2所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：基片集成同轴线网络两侧设有等间距排列的金属化通孔，金属化通孔贯穿中间层介质基片，粘合层介质基片和下层介质基片连接了第二金属层和第五金属层构成四周金属地屏蔽；所述天线阵列边缘设有连接第二金属层和第五金属层的金属化通孔阵列；所述金属化通孔阵列用于构成金属地屏蔽。
9.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所有介质基片通过非金属化通孔贯穿；所述非金属化通孔用于安装非金属螺丝以固定介质基片。
10.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：承载双线极化天线单元的介质...
【技术特征摘要】
1.一种具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：包括自上而下的第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层和第五金属层，任意相邻两层金属层之间为介质基片；所述阵列的双线极化天线单元包括位于第一金属层中的四个结构相同电磁偶极子，以及由四个电磁偶极子围合形成正方形外框结构中间位置的正方形寄生贴片；所述第二金属层中设有对应于各双线极化天线单元的第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，第一辐射缝隙和第二辐射缝隙构成十字形辐射缝隙；所述电磁偶极子在靠近十字形辐射缝隙处设有连接第一金属层和第二金属层的金属化通孔，所述正方形寄生贴片在靠近四个顶角处设有连接第一金属层和第二金属层的金属化通孔；所述第三金属层和第四金属层上分别设有两个线极化方向的激励带状线。
2.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所述天线阵列的馈电网络采用基片集成同轴线结构；第三金属层和第四金属层的激励带状线，由第二金属层和第五金属层构成上下金属地屏蔽。
3.根据权利要求2所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：包括上层介质基片，中间层介质基片，粘合层介质基片和下层介质基片，所述上层介质基片的上表面设有所述第一金属层，所述上层介质基片和中间层介质基片中间设有所述第二金属层，所述中间层介质基片和粘合层介质基片的中间设有所述第三金属层，所述粘合层介质基片和下层介质基片中间设有所述第四金属层，所述下层介质基片下表面设有所述第五金属层。
4.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所述第一金属层中设计有八个结构相同的双线极化天线单元；所述第二金属层中设有八个结构相同的第一辐射缝隙与八个结构相同的第二辐射缝隙。
5.根据权利要求1所述的具有平稳增益的宽带双线极化天线阵列，其特征在于：所述电磁偶极子由一对直角梯形金属片按照直角边相对方式对称放置，且在两个直角梯形金属片中间留有缝隙；所述直角梯形金属片的斜边与底边呈45°夹角；在一对梯形金属贴片中靠近直角边处设有连接所述第一金属层和第二金属层的一对金属化通孔；所述四个电磁偶极子按照顺时针90°依次旋转排列围合形成正方形外框结构，所述四个电磁偶极子中直角梯形金属片的斜边相互平行且保留缝隙间隔；所述正方形寄生贴片中靠近四个顶角处设有四个对称放置的金属化通孔。
6.根据权利...
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