CN109830802B - 一种毫米波双极化贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毫米波双极化贴片天线，包括：依次层叠的第一层结构、第二层结构、第三层结构、第四层结构。本发明通过一对正交的微带线接收信号，并经导线传导到带有第二通孔的第二金属贴片上，而后正交信号耦合到开有第一通孔的四个中心对称设置的第一金属贴片上，激励起两个正交模式，从而达到双极化的工作效果。通过第一金属贴片上的第一通孔，可以调控辐射体外部品质因数及与第二金属贴片之间的耦合系数，通过第二金属贴片上的第二通孔可以控制与第一金属贴片之间的耦合系数，使得毫米波双极化贴片天线可以在较低的剖面高度下获得合适的带宽及阻抗匹配，实现天线低剖面下的宽频带覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，特别涉及一种毫米波双极化贴片天线。
背景技术
5G通信的布局与发展推动了毫米波天线的研究与应用。双极化毫米波天线可以同时接收或发射两个不同极化方向的信号，因此相比于单极化毫米波天线具备更好的适应性及更广泛的应用性。同时，毫米波天线在向封装天线的形式发展，因此具有足够工作带宽的低剖面毫米波天线有利于降低成本、提高成品率，并且有利于***轻薄化的发展趋势。综上所述，毫米波***迫切需要低剖面宽带双极化的毫米波天线，且其主要设计挑战在于带宽、剖面高度、极化性能一致性等方面。
贴片天线结构简单、剖面低，易于利用两个正交模式构成毫米波双极化天线设计，然而大多数传统的贴片天线的工作带宽与天线剖面高度之间存在相互矛盾，无法实现毫米波宽带低剖面设计。采用叠层贴片天线能在一定程度上改善天线剖面高度与带宽的矛盾，比如叠层方形贴片、叠层耶路撒冷十字天线、交叉条带馈电叠层方形贴片等，然而上述天线缺乏贴片之间耦合系数及天线外部品质因素的调控手段，导致不能在获得一定工作带宽的同时充分降低天线剖面高度或者无法获得良好的阻抗匹配；同时此类天线中部分天线存在背向辐射不利于毫米波天线的***集成，部分天线在两个极化上的一致性较差不利于***的均衡性。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种毫米波双极化贴片天线。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种毫米波双极化贴片天线，包括：依次层叠的第一层结构、第二层结构、第三层结构、第四层结构，
第一层结构上绕其中心均匀设有四个第一金属贴片，每个第一金属贴片上开设有第一通孔，
第二层结构上设置有第二金属贴片，第二金属贴片上开设有第二通孔，第二金属贴片的中心与第二层结构的中心重合，
第三层结构上设置有金属大地，金属大地上设有供导线通过的第三通孔，
第四层结构上设有一对正交的微带线，每条微带线的一端通过导线与第二金属贴片连接。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，第二金属贴片与第一金属贴片平行设置，且第二金属贴片的中心与第一层结构中心的连线与第二金属贴片垂直。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，每个第一通孔的中心与其对应的第一金属贴片的中心重合，第二通孔的中心与第二金属贴片的中心重合。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，所述第一金属贴片为正方形金属贴片。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，所述第一金属贴片为铜箔贴片。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，所述第一通孔为正方形孔或圆形。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，所述第二金属贴片为正方形金属贴片。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，所述第二金属贴片为铜箔贴片。
在本发明实施例上述的毫米波双极化贴片天线中，所述第二通孔为正方形孔或圆形。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过一对正交的微带线接收信号，并经导线传导到带有第二通孔的第二金属贴片上，而后正交信号耦合到开有第一通孔的四个中心对称设置的第一金属贴片上，激励起两个正交模式，从而达到双极化的工作效果。通过第一金属贴片上的第一通孔，可以调控辐射体外部品质因数及与第二金属贴片之间的耦合系数，通过第二金属贴片上的第二通孔可以控制与第一金属贴片之间的耦合系数，使得毫米波双极化贴片天线可以在较低的剖面高度下获得合适的带宽及阻抗匹配，解决了毫米波双极化贴片天线中剖面高度与带宽的矛盾问题，实现天线低剖面下的宽频带覆盖。此外，将一对正交微带线放置于金属大地下方，通过金属大地上的第三通孔与第二金属贴片相连接馈电，实现了具有隔离的双极化馈电，而且避免了天线的后向泄露，天线背向辐射较小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。
图1是本发明实施例一提供的一种毫米波双极化贴片天线的侧面结构图；
图2是本发明实施例一提供的一种第一层结构的俯视图；
图3是本发明实施例一提供的一种第二层结构的俯视图；
图4是本发明实施例一提供的一种第三层结构的俯视图；
图5是本发明实施例一提供的一种第四层结构的俯视图；
图6是本发明实施例一提供的一种毫米波双极化贴片天线的仿真结果示例图；
图7是本发明实施例一提供的一种激励端口1时毫米波双极化贴片天线在26GHz的辐射方向图；
图8是本发明实施例一提供的又一种激励端口1时毫米波双极化贴片天线在26GHz的辐射方向图；
图9是本发明实施例一提供的一种激励端口2时毫米波双极化贴片天线在26GHz的辐射方向图；
图10是本发明实施例一提供的又一种激励端口2时毫米波双极化贴片天线在26GHz的辐射方向图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种毫米波双极化贴片天线，参见图1，该毫米波双极化贴片天线可以包括：依次层叠的第一层结构1、第二层结构2、第三层结构3、第四层结构4。
参见图2，第一层结构1上绕其中心均匀设有四个第一金属贴片5，每个第一金属贴片5上开设有第一通孔6。
在本实施例中，第一层结构1上在其中心位置，围绕其中心均匀设置有四个第一金属贴片5(如图1中的2*2形式)，每个第一金属贴片5的中心位置开设有第一通孔6。优选地，第一金属贴片5可以为正方形，第一通孔6可以为各种中心对称形状的通孔，例如：正方形通孔、圆形通孔等，第一金属贴片5可以采用金箔制备。
参见图3，第二层结构2上设置有第二金属贴片7，第二金属贴片7上开设有第二通孔8，第二金属贴片7的中心与第二层结构2的中心重合。
在本实施例中，第二层结构2的中心位置处设置有第二金属贴片7，第二金属贴片7的中心位置处设置有第二通孔8。优选地，第二金属贴片7可以为正方形，第二通孔8可以为各种中心对称形状的通孔，例如：正方形通孔、圆形通孔等，第二金属贴片7可以采用金箔制备。
参见图4，第三层结构3上设置有金属大地9，金属大地9上设有供导线通过的第三通孔10。
参见图5，第四层结构4上设有一对正交的微带线11，每条微带线11的一端通过导线与第二金属贴片7连接。
在本实施例中，信号通过一对正交的微带线11经导线(该导线穿过金属大地9上的第三通孔10)传导到带有第二通孔8的第二金属贴片7上，而后正交信号耦合到开有第一通孔6的四个中心对称设置的第一金属贴片5上，激励起两个正交模式，从而达到双极化的工作效果。通过第一金属贴片5上的第一通孔6，可以调控辐射体外部品质因数及与第二金属贴片7之间的耦合系数，通过第二金属贴片7上的第二通孔8可以控制与第一金属贴片5之间的耦合系数，使得毫米波双极化贴片天线可以在较低的剖面高度下获得合适的带宽及阻抗匹配，实现天线低剖面下的宽频带覆盖。
此外，将一对正交微带线11放置于金属大地9下方，通过金属大地9上的第三通孔10与第二金属贴片7相连接馈电，实现了具有隔离的双极化馈电，而且避免了天线的后向泄露，天线背向辐射较小。
可选地，参见图1，第二金属贴片7与第一金属贴片5平行设置，且第二金属贴片7的中心与第一层结构1中心的连线与第二金属贴片7垂直。
进一步，第一通孔6的中心与其对应的第一金属贴片5的中心重合，第二通孔8的中心与第二金属贴片7的中心重合。
在本实施例中，第二金属贴片7设置在2*2块第一金属贴片5结构的正下方(即第二金属贴片7与第一金属贴片5平行设置，且第二金属贴片7的中心与第一层结构1中心的连线与第二金属贴片7垂直)，同时，第一通孔6的中心与其对应的第一金属贴片5的中心重合，第二通孔8的中心与第二金属贴片7的中心重合，保证了天线整体结构的对称性，使得毫米波双极化贴片天线在两个极化上性能一致性高。
下面结合图6-10，来说明一下上述毫米波双极化贴片天线的仿真情况：
首先，毫米波双极化贴片天线仿真的匹配响应、端口隔离及辐射响应如图6所示，可见其10-dB匹配带宽为24.3-28.3GHz，即相对带宽达到了15％，可见其能覆盖5G毫米波的一个频段。工作频带内端口隔离值大于23dB，频带内增益范围为5.6-6.6dBi。其次，图7-10是激励端口1与端口2时天线在26GHz处的仿真方向图，可见天线两个端口的3dB波束带宽在E面与H面上均为87o，交叉极化水平均大于24dB。上述仿真过程中采用的是介电常数为3.38，损耗角为0.0027的基板，天线厚度0.6mm，即在中心频率26GHz时的剖面高度为0.052λ0。
本发明实施例通过一对正交的微带线接收信号，并经导线传导到带有第二通孔的第二金属贴片上，而后正交信号耦合到开有第一通孔的四个中心对称设置的第一金属贴片上，激励起两个正交模式，从而达到双极化的工作效果。通过第一金属贴片上的第一通孔，可以调控辐射体外部品质因数及与第二金属贴片之间的耦合系数，通过第二金属贴片上的第二通孔可以控制与第一金属贴片之间的耦合系数，使得毫米波双极化贴片天线可以在较低的剖面高度下获得合适的带宽及阻抗匹配，解决了毫米波双极化贴片天线中剖面高度与带宽的矛盾问题，实现天线低剖面下的宽频带覆盖。此外，将一对正交微带线放置于金属大地下方，通过金属大地上的第三通孔与第二金属贴片相连接馈电，实现了具有隔离的双极化馈电，而且避免了天线的后向泄露，天线背向辐射较小。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种毫米波双极化贴片天线，其特征在于，包括：依次层叠的第一层结构（1）、第二层结构（2）、第三层结构（3）、第四层结构（4），
第一层结构（1）上绕其中心均匀设有四个第一金属贴片（5），每个第一金属贴片（5）上开设有第一通孔（6），
第二层结构（2）上设置有第二金属贴片（7），第二金属贴片（7）上开设有第二通孔（8），第二金属贴片（7）的中心与第二层结构（2）的中心重合，
第三层结构（3）上设置有金属大地（9），金属大地（9）上设有供导线通过的第三通孔（10），
第四层结构（4）上设有一对正交的微带线（11），每条微带线（11）的一端通过导线与第二金属贴片（7）连接；
所述第一金属贴片（5）为正方形金属贴片，所述第一通孔（6）为正方形孔或圆形，所述第二金属贴片（7）为正方形金属贴片，所述第二通孔（8）为正方形孔或圆形。
2.根据权利要求1所述的毫米波双极化贴片天线，其特征在于，第二金属贴片（7）与第一金属贴片（5）平行设置，且第二金属贴片（7）的中心与第一层结构（1）中心的连线与第二金属贴片（7）垂直。
3.根据权利要求2所述的毫米波双极化贴片天线，其特征在于，每个第一通孔（6）的中心与其对应的第一金属贴片（5）的中心重合，第二通孔（8）的中心与第二金属贴片（7）的中心重合。
4.根据权利要求1所述的毫米波双极化贴片天线，其特征在于，所述第一金属贴片（5）为铜箔贴片。
5.根据权利要求1所述的毫米波双极化贴片天线，其特征在于，所述第二金属贴片（7）为铜箔贴片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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