CN112271447A - 毫米波磁电偶极子天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波磁电偶极子天线，包括若干个毫米波磁电偶极子单元，毫米波磁电偶极子单元包括第一介质板、第二介质板和第三介质板，毫米波磁电偶极子单元还包括若干个贯穿第一介质板、第二介质板和第三介质板的金属过孔，其中：第一介质板设置有微带线，第一介质板的上表面设置有通过微带线连接的馈电贴片和辐射贴片，第一金属过孔穿过馈电贴片，第二金属过孔穿过辐射贴片，第二介质板与第三介质板之间设置有带状线，第一金属过孔还穿过带状线。这有利于毫米波磁电偶极子天线的小型化设计。

Description

毫米波磁电偶极子天线

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种毫米波磁电偶极子天线。

背景技术

无线通信技术的快速发展使得频谱资源越发紧张，毫米波天线因其具有明显的频谱资源与带宽优势成为未来发展的一个重要趋势。

近年来，毫米波技术的应用不断增加，例如5G通信、汽车自动驾驶、遥感导航等。毫米波天线***的小型化，有利于其能够应用于更多场合。与一般的超宽带天线相比，毫米波磁电偶极子天线具有高增益、低交叉极化和稳定的辐射特性等优点，这使得磁电偶极子天线的应用比较广泛。可见，如何实现毫米波磁电偶极子天线的小型化，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种毫米波磁电偶极子天线，有利于实现毫米波磁电偶极子天线的小型化。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种毫米波磁电偶极子天线，包括若干个毫米波磁电偶极子单元，所述毫米波磁电偶极子单元包括第一介质板、第二介质板和第三介质板，所述毫米波磁电偶极子单元还包括若干个贯穿所述第一介质板、所述第二介质板和所述第三介质板的金属过孔，其中：

所述第一介质板设置在所述毫米波磁电偶极子单元的一侧，所述第一介质板设置有微带线，所述第一介质板的上表面设置有通过所述微带线连接的馈电贴片和辐射贴片，第一金属过孔穿过所述馈电贴片，第二金属过孔穿过所述辐射贴片，

所述第三介质板设置在所述毫米波磁电偶极子单元的另一侧，所述第二介质板设置在所述第一介质板和所述第三介质板之间，

所述第二介质板与所述第三介质板之间设置有带状线，所述第一金属过孔还穿过所述带状线。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，所述第三介质板的下表面设置有第二敷铜面，所述第二介质的上表面设置有第一敷铜面，

以及，所述第一介质板与所述第二介质板之间通过第一半固化片粘接，所述第二介质板与所述第三介质板之间通过第二半固化片粘接。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，所述馈电贴片在所述第一介质板的上表面沿纵向延伸。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，所述辐射贴片包括若干沿横向延伸的横向辐射贴片段和若干沿纵向分布的纵向辐射贴片段，其中：

第一横向辐射贴片段位于所述第一介质板的上表面的一侧，所述第一横向辐射贴片段的一端与第一纵向辐射贴片段的一端连接，

所述第一纵向辐射贴片段的另一端与第二横向辐射贴片段的一端连接，

所述第二横向辐射贴片段的另一端与第二纵向辐射贴片段的一端连接，

所述第二纵向辐射贴片段的另一端与所述第一横向辐射贴片段的另一端相隔开，并形成第一缺口。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，第三横向辐射贴片段与所述第二横向辐射贴片段相隔开，所述第三辐射贴片段的一端与第三纵向辐射贴片段的一端连接，

所述第三纵向辐射贴片段的另一端与第四横向辐射贴片段的一端连接，

所述第四横向辐射贴片段的另一端与所述第四纵向辐射贴片段的另一端相隔开，并形成第二缺口。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，所述第二纵向辐射贴片段与所述第四纵向辐射贴片段通过第五纵向辐射贴片段连接。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，所述第一纵向辐射贴片段和所述第二纵向辐射贴片段上分别设有所述第二金属过孔。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，所述第一横向辐射贴片段、所述第二横向辐射贴片段、所述第三横向辐射贴片段、所述第四横向辐射贴片段、所述第一纵向辐射贴片段、所述第二纵向辐射贴片段、所述第三纵向辐射贴片段、所述第四纵向辐射贴片段和所述第五纵向辐射贴片段组成辐射贴片段组，所述辐射贴片段组在所述第一介质板的上表面对称分布。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，所述若干个所述的毫米波磁电偶极子单元呈阵列排布。

作为一种可选的实施方式，在本发明中，电磁波通过波导从所述第二介质板、所述第三介质板和所述第一金属过孔所构成的空腔，传输至所述毫米波磁电偶极子单元。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例中的毫米波磁电偶极子天线的毫米波磁电偶极子单元的电磁能量传输途径为：带状线-第一金属过孔(即馈电金属过孔)-馈电贴片，有利于馈电网络设计及馈电网络与天线集成；通过将馈电网络集成到该毫米波磁电偶极子天线中，有利于毫米波磁电偶极子天线的小型化设计，从而有利于毫米波磁电偶极子天线的推广应用。

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是本发明实施例的毫米波磁电偶极子单元的结构示意图；

图2是本发明实施例的辐射贴片和馈电贴片的示意图；

图3是本发明实施例的第三介质板的下表面的示意图；

图4是本发明实施例的毫米波磁电偶极子单元的排布示意图；

图5是本发明实施例的毫米波磁电偶极子天线在频带内的增益变化曲线图；

图6是本发明实施例的毫米波磁电偶极子天线的工作带宽曲线图；

图7是本发明实施例的毫米波磁电偶极子天线的在26GHz的频带工作时的中心频点方向图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中涉及到方位描述，例如，上、下、纵向、横向等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明实施例的一种毫米波磁电偶极子天线，包括若干个毫米波磁电偶极子单元，如图1所示，毫米波磁电偶极子单元包括第一介质板100、第二介质板200和第三介质板300，毫米波磁电偶极子单元还包括若干个贯穿第一介质板100、第二介质板200和第三介质板300的金属过孔，其中：

第一介质板100设置在毫米波磁电偶极子单元的一侧，第一介质板100设置有微带线(图中未示出)，第一介质板100的上表面设置有通过微带线连接的馈电贴片500和辐射贴片400，第一金属过孔501穿过馈电贴片500，第二金属过孔401穿过辐射贴片400，

第三介质板300设置在毫米波磁电偶极子单元的另一侧，第二介质板200设置在第一介质板100和第三介质板300之间，

第二介质板200与第三介质板300之间设置有带状线(图中未示出)，第一金属过孔501还穿过带状线。

本发明实施例中，当在该毫米波磁电偶极子单元以外的电磁能量传输至带状线时，该电磁能量将通过第一金属过孔(即馈电金属过孔)传输至馈电贴片，即实现了电磁能量从带状线传输至第一金属过孔，并传输至馈电贴片的传输过程；馈电贴片的电磁能量耦合到辐射贴片。可见，本发明实施例中的毫米波磁电偶极子天线的毫米波磁电偶极子单元的电磁能量传输途径为：带状线-第一金属过孔(即馈电金属过孔)-馈电贴片，这有利于馈电网络设计及馈电网络与天线集成；通过将馈电网络集成到该毫米波磁电偶极子天线中，有利于毫米波磁电偶极子天线的小型化设计，从而有利于毫米波磁电偶极子天线的推广应用。

本发明实施例中，该辐射贴片可以等效为该毫米波磁电偶极子单元的电偶极子，而第二金属过孔设置在辐射贴片上，该第二金属过孔贯穿第一介质板、第二介质板和第三介质板，使得其所对应的立体结构为柱状的空腔，该结构可以等效为该毫米波磁电偶极子单元的磁偶极子。

本发明实施例中，可选的，若干个的毫米波磁电偶极子单元呈阵列排布。具体地，该毫米波磁电偶极子单元1可以在该毫米波磁电偶极子天线内按照如图3所示的呈4×4的矩阵排布。

本发明实施例中，可选的，如图1和图4所示，电磁波通过波导从第二介质板200、第三介质板300和第一金属过孔501所构成的空腔(图中未示出)，传输至毫米波磁电偶极子单元。这使得本发明实施例的毫米波磁电偶极子天线的毫米波磁电偶极子单元的电磁能量传输途径为：波导-带状线-第一金属过孔(即馈电金属过孔)-馈电贴片。

本发明实施例中，可选的，如图2所示，馈电贴片500在第一介质板(图中未示出)的上表面沿纵向延伸。

本发明实施例中，可选的，辐射贴片400包括若干沿横向延伸的横向辐射贴片段和若干沿纵向分布的纵向辐射贴片段，如图2所示，

第一横向辐射贴片段411位于第一介质板的上表面的一侧，第一横向辐射贴片段411的一端与第一纵向辐射贴片段421的一端连接，第一纵向辐射贴片段421的另一端与第二横向辐射贴片段412的一端连接，第二横向辐射贴片段412的另一端与第二纵向辐射贴片段422的一端连接，第二纵向辐射贴片段422的另一端与第一横向辐射贴片段411的另一端相隔开，并形成第一缺口。

可见，本发明实施例中，辐射贴片包括若干沿横向延伸的横向辐射贴片段和若干沿纵向分布的纵向辐射贴片段，即辐射贴片为弯折的，这有利于在相同的表面积的条件下，通过布置弯折的辐射贴片，能够延长电流路径，从而有利于该毫米波磁电偶极子单元的小型化，进而有利于该毫米波磁电偶极子天线的小型化。第一缺口的设置，有利于构成新的谐振点，从而有利于拓宽带宽。

本发明实施例中，进一步可选的，如图2所示，第三横向辐射贴片段413与第二横向辐射贴片段412相隔开，第三辐射贴片段的一端与第三纵向辐射贴片段423的一端连接，第三纵向辐射贴片段423的另一端与第四横向辐射贴片段414的一端连接，第四横向辐射贴片段414的另一端与第四纵向辐射贴片段424的另一端相隔开，并形成第二缺口。

本发明实施例中，又进一步可选的，如图2所示，第二纵向辐射贴片段422与第四纵向辐射贴片段424通过第五纵向辐射贴片段425连接。

本发明实施例中，又进一步可选的，如图2所示，第一纵向辐射贴片段421和第二纵向辐射贴片段422上分别设有第二金属过孔401。

本发明实施例中，又进一步可选的，如图2所示，第一横向辐射贴片段411、第二横向辐射贴片段412、第三横向辐射贴片段413、第四横向辐射贴片段414、第一纵向辐射贴片段421、第二纵向辐射贴片段422、第三纵向辐射贴片段423、第四纵向辐射贴片段424和第五纵向辐射贴片段425组成辐射贴片段组，辐射贴片段组在第一介质板的上表面对称分布。

本发明实施例中，通过对辐射贴片的形状、金属过孔的结构参数等进行优化设计，能够有利于优化该毫米波磁电偶极子天线的性能。具体地，经过优化设计，如图5和图6所示，该毫米波磁电偶极子天线能够实现在22GHz至28.5Ghz的增益为6.7dB±0.7dB，即该毫米波磁电偶极子天线具有低增益、宽波宽、低后瓣的特点，如图7所示，在26GHz的频带工作时，该毫米波磁电偶极子天线的电场面(E面)与磁场面(H面)的波宽在80度至100度之间，具有较好的方向图一致性。

在本发明的一些实施例中，第三介质板的下表面设置有第二敷铜面，第二介质的上表面设置有第一敷铜面，

以及，第一介质板与第二介质板之间通过第一半固化片粘接，第二介质板与第三介质板之间通过第二半固化片粘接。

在该实施例中，带状线通过第二金属过孔与第一敷铜面连接，使得该带状线接地，从而使得当电磁能量传输至带状线时，能够形成回路；微带线与辐射贴片连接，辐射贴片上的第二金属过孔与第一敷铜面连接，使得该微带线接地，从而使得当电磁能量传输至微带线时，能够形成回路，相比于外接地线，这有利于空间的合理利用，从而有利于该毫米波磁电偶极子单元的小型化。

在该实施例中，第三介质板的下表面设置有第二敷铜面，可以用作调整该毫米波磁电偶极子天线的整体的阻抗匹配。可选的，可以在该第二敷铜面上调整敷铜的空白区域，比如，开设如图4所示的环形的敷铜空白区域301，以调整该毫米波磁电偶极子天线的整体的阻抗匹配。

在该实施例中，通过设置第一半固化片和第二半固化片，能够将第一介质板、第二介质板和第三介质板粘接成一个整体，这有利于该毫米波磁电偶极子单元在毫米波磁电偶极子天线的布置。

最后应说明的是：本发明实施例公开的一种毫米波磁电偶极子天线所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述的实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明的实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，包括若干个毫米波磁电偶极子单元，所述毫米波磁电偶极子单元包括第一介质板、第二介质板和第三介质板，所述毫米波磁电偶极子单元还包括若干个贯穿所述第一介质板、所述第二介质板和所述第三介质板的金属过孔，其中：

所述第一介质板设置在所述毫米波磁电偶极子单元的一侧，所述第一介质板设置有微带线，所述第一介质板的上表面设置有通过所述微带线连接的馈电贴片和辐射贴片，第一金属过孔穿过所述馈电贴片，第二金属过孔穿过所述辐射贴片，

所述第三介质板设置在所述毫米波磁电偶极子单元的另一侧，所述第二介质板设置在所述第一介质板和所述第三介质板之间，

所述第二介质板与所述第三介质板之间设置有带状线，所述第一金属过孔还穿过所述带状线。

2.根据权利要求1所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，

所述第三介质板的下表面设置有第二敷铜面，所述第二介质的上表面设置有第一敷铜面，

以及，所述第一介质板与所述第二介质板之间通过第一半固化片粘接，所述第二介质板与所述第三介质板之间通过第二半固化片粘接。

3.根据权利要求1所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，所述馈电贴片在所述第一介质板的上表面沿纵向延伸。

4.根据权利要求1所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，所述辐射贴片包括若干沿横向延伸的横向辐射贴片段和若干沿纵向分布的纵向辐射贴片段，其中：

第一横向辐射贴片段位于所述第一介质板的上表面的一侧，所述第一横向辐射贴片段的一端与第一纵向辐射贴片段的一端连接，

所述第一纵向辐射贴片段的另一端与第二横向辐射贴片段的一端连接，

所述第二横向辐射贴片段的另一端与第二纵向辐射贴片段的一端连接，

所述第二纵向辐射贴片段的另一端与所述第一横向辐射贴片段的另一端相隔开，并形成第一缺口。

5.根据权利要求4所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，第三横向辐射贴片段与所述第二横向辐射贴片段相隔开，所述第三辐射贴片段的一端与第三纵向辐射贴片段的一端连接，

所述第三纵向辐射贴片段的另一端与第四横向辐射贴片段的一端连接，

所述第四横向辐射贴片段的另一端与所述第四纵向辐射贴片段的另一端相隔开，并形成第二缺口。

6.根据权利要求5所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，所述第二纵向辐射贴片段与所述第四纵向辐射贴片段通过第五纵向辐射贴片段连接。

7.根据权利要求6所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，所述第一纵向辐射贴片段和所述第二纵向辐射贴片段上分别设有所述第二金属过孔。

8.根据权利要求7所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，所述第一横向辐射贴片段、所述第二横向辐射贴片段、所述第三横向辐射贴片段、所述第四横向辐射贴片段、所述第一纵向辐射贴片段、所述第二纵向辐射贴片段、所述第三纵向辐射贴片段、所述第四纵向辐射贴片段和所述第五纵向辐射贴片段组成辐射贴片段组，所述辐射贴片段组在所述第一介质板的上表面对称分布。

9.根据权利要求1至8任一项所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，所述若干个所述的毫米波磁电偶极子单元呈阵列排布。

10.根据权利要求1至8任一项所述的毫米波磁电偶极子天线，其特征在于，电磁波通过波导从所述第二介质板、所述第三介质板和所述第一金属过孔所构成的空腔，传输至所述毫米波磁电偶极子单元。

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