CN116780175B - 宽带毫米波端射天线 - Google Patents

宽带毫米波端射天线 Download PDF

Info

Publication number
CN116780175B
CN116780175B CN202310885170.1A CN202310885170A CN116780175B CN 116780175 B CN116780175 B CN 116780175B CN 202310885170 A CN202310885170 A CN 202310885170A CN 116780175 B CN116780175 B CN 116780175B
Authority
CN
China
Prior art keywords
strip
metal
ground
short
dielectric substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310885170.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116780175A (zh
Inventor
路烜
施金
陈燕云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Novaco Microelectronics Technologies Ltd
Original Assignee
Novaco Microelectronics Technologies Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Novaco Microelectronics Technologies Ltd filed Critical Novaco Microelectronics Technologies Ltd
Priority to CN202310885170.1A priority Critical patent/CN116780175B/zh
Publication of CN116780175A publication Critical patent/CN116780175A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116780175B publication Critical patent/CN116780175B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands
    • H01Q5/28—Arrangements for establishing polarisation or beam width over two or more different wavebands
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
    • H01Q5/321—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors within a radiating element or between connected radiating elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开一种宽带毫米波端射天线，包括：介质基板、辐射结构和馈电结构，介质基板具有相对的第一表面和第二表面；辐射结构设置在第一表面上，辐射结构包括沿第一方向依次设置的金属短条带对、金属长条带、S形金属条带，金属短条带对包括两条间隔设置的金属短条带，金属短条带对与金属长条带间隔设置，第一方向、第二方向和介质基板的厚度方向两两互相垂直；馈电结构包括第一金属地、第二金属地、中间带线和金属化过孔，第一金属地位于第一表面，第二金属地位于第二表面，第一金属地和第二金属地正对设置；中间带线设置在第一金属地的缝隙内；金属化过孔贯穿介质基板以连接第一金属地和第二金属地；S形金属条带连接金属长条带与中间带线。

Description

宽带毫米波端射天线
技术领域
本发明一般涉及通信领域，具体涉及微波通信领域，尤其涉及一种宽带毫米波端射天线。
背景技术
随着5G通信***的普及以及全球移动数据业务的增长，6GHz以下的通信频谱愈发拥挤，并且工作频率限制了通信速率，而5G毫米波频段能够规避频谱拥挤及提高通信速率，因此基于5G毫米波频段开发天线是高速率移动通信的重要研究领域。在毫米波频段，整体***对集成度的要求较高，由于端射天线易于与***共用金属地，满足毫米波***的高集成要求，使得端射天线成为毫米波领域的一种重要天线。宽带毫米波端射天线有利于覆盖5G毫米波的多个工作频段，从而提高天线***对不同地区、不同制式的兼容能力，因此具有重要的研究意义及工程价值。
目前大多数端射天线，例如对数周期天线、行波天线、螺旋天线等，存在非平面化结构、大尺寸导致的不可集成问题，或者大尺寸及窄波束导致的无法组阵扫描问题，均不是毫米波端射天线的优选方案。
当前以准八木天线作为实现毫米波宽带端射天线的重要选择，目前准八木天线的主要设计方法有如下几类：
第一类是传统准八木天线，由印刷在介质基板上的引向器、驱动器和金属反射地组成，并通过驱动器与反射地之间的四分之一波长实现前后向波在端射方向的叠加，实现一定带宽的端向辐射，但是天线带宽较窄；
第二类是在传统准八木天线中添加馈电过渡结构、多级驱动器或螺旋超材料谐振器等引入额外谐振点，工作带宽得到一定的拓展，但此类天线具有较大的横向尺寸或者端向尺寸，导致不易满足组阵间距要求，或者存在窄波束导致的扫描阵扫描范围较窄问题；
第三类准八木天线通过领结型偶极子和弯折偶极子作为驱动器分别结合折叠条带或负磁导率结构等谐振型反射器实现，或者采用紧密放置的两个Z形偶极子分别作为驱动器与谐振型反射器实现，相比于第二类方法通过牺牲一定的工作带宽减小了天线平面尺寸，并且带宽仍然宽于传统准八木天线，但是此类天线采用的垂直于天线平面馈电方式及谐振型反射器导致天线不易与***共面，或者谐振型反射器面对***地时失效，不符合毫米波频段的高集成要求；
第四类采用弯折单极子替代传统准八木天线的驱动器或采用短路枝节加载型条带谐振器耦合激励一对U型全波偶极子实现，此类设计具有宽带、紧凑、可集成等特点，但是由于电流的对称性受频率变化的影响较大，导致无法保证宽频带内辐射的对称性。
故现有的毫米波宽带端射天线对于宽带匹配、结构紧凑、平面可集成、宽频带内的方向图对称等方面无法全面兼顾。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种宽带毫米波端射天线。
本发明实施例提供一种宽带毫米波端射天线，包括：介质基板、辐射结构和馈电结构，所述介质基板在其厚度方向上具有相对的第一表面和第二表面；
所述辐射结构设置在所述第一表面上，所述辐射结构包括沿第一方向依次设置的金属短条带对、金属长条带、S形金属条带，所述金属短条带对包括两条在第二方向上间隔设置的金属短条带，所述金属短条带对与所述金属长条带在所述第一方向上间隔设置，所述金属短条带、所述金属长条带均沿所述第二方向延伸设置，所述S形金属条带的一端与所述金属长条带相连，所述第一方向、所述第二方向和所述介质基板的厚度方向两两互相垂直；
所述馈电结构包括第一金属地、第二金属地、中间带线和金属化过孔，所述第一金属地位于所述第一表面，所述第二金属地位于所述第二表面，所述第一金属地和所述第二金属地在所述介质基板的厚度方向上正对设置；所述第一金属地设有缝隙，所述中间带线设置在所述缝隙内；所述金属化过孔贯穿所述介质基板以连接所述第一金属地和所述第二金属地；
所述第一金属地位于所述金属长条带远离所述金属短条带的一侧，所述S形金属条带位于所述金属长条带和所述第一金属地之间，所述S形金属条带的另一端与所述中间带线相连。
在一些示例中，所述介质基板呈矩形状，所述介质基板具有沿所述第一方向的第一对称轴；
两条所述金属短条带关于所述第一对称轴对称设置，所述金属长条带关于所述第一对称轴呈轴对称结构；
所述S形金属条带呈中心对称图形，所述S形金属条带的对称中心位于所述第一对称轴上。
在一些示例中，所述S形金属条带包括顺次相连的第一纵向条带、第一横向条带、第二纵向条带、第二横向条带和第三纵向条带，各纵向条带沿所述第一方向延伸，各横向条带沿所述第二方向延伸，所述第一纵向条带与所述金属长条带相连，所述第三纵向条带与所述中间带线相连；所述第二纵向条带关于所述第一对称轴呈轴对称结构。
在一些示例中，所述金属短条带的长度为0.2λ0～0.22λ0；和/或，
所述金属长条带的长度为0.32λ0～0.34λ0；和/或，
两条所述金属短条带在所述第二方向上的间距为0.015λ0～0.025λ0；和/或，
所述金属短条带对与所述金属长条带在所述第一方向上的间距为0.04λ0～0.06λ0；
其中，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
在一些示例中，所述金属长条带具有第一端和第二端；
在所述第二方向上，所述第一纵向条带较所述第三纵向条带靠近所述第一端、远离所述第二端；
所述第一纵向条带与所述金属长条带的相连处为第一接触点，所述第一接触点到所述第一端的距离占所述金属长条带的长度的0.25-0.35。
在一些示例中，所述第二横向条带与所述金属长条带在所述第一方向上的间距为0.01λ0～0.03λ0，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
在一些示例中，第一横向条带的长度为0.13λ0～0.15λ0，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
在一些示例中，所述缝隙呈矩形状，所述中间带线沿所述第一方向延伸设置且与所述第三纵向条带位于同一直线上。
在一些示例中，所述介质基板的材料为Rogers RO4003C；所述辐射结构在所述第一方向上的长度为0.31λ0。
在一些示例中，所述金属长条带工作模式为半波长模式；和/或，
所述金属短条带对工作模式为奇耦合全波模式。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线，利用S形金属条带、金属长条带、金属短条带对形成辐射结构，S形金属条带使得天线获得等效电感电容寄生谐振，配合金属短条带对的奇耦合全波谐振、金属长条带的半波长谐振，使得该毫米波端射天线具有较宽的毫米波工作带宽；第一金属地、第二金属地分别位于介质基板相对的两表面上，通过贯通介质基板的金属化过孔相连，中间带线位于第一金属地的缝隙内，使得天线具有平面可集成的特性；通过合理设置辐射结构中S形金属条带、金属长条带、金属短条带对的尺寸、结构特征，使得天线兼具结构紧凑、宽频带内的方向图对称等特性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线的侧视示意图；
图3为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线的匹配响应和增益响应示意图；
图4为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线在26GHz处的E面仿真辐射方向图；
图5为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线在26GHz处的H面仿真辐射方向图；
图6为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线在33GHz处的E面仿真辐射方向图；
图7为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线在33GHz处的H面仿真辐射方向图；
图8为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线在40GHz处的E面仿真辐射方向图；
图9为本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线在40GHz处的H面仿真辐射方向图。
附图标记说明：
1-介质基板，11-第一表面，12-第二表面，13-第一对称轴，
2-辐射结构，21-金属短条带对，211-金属短条带，22-金属长条带，221-第一端，222-第二端，223-第一接触点，23-S形金属条带，231-第一纵向条带，232-第一横向条带，233第二纵向条带，234-第二横向条带，235-第三纵向条带，
3-第一金属地，31-缝隙，4-第二金属地，5-中间带线，6-金属化过孔，
x-介质基板的横向方向，y-介质基板的纵向方向，z-介质基板的厚度方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
下面参考附图描述本发明实施例的宽带毫米波端射天线。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种宽带毫米波端射天线，包括：介质基板1、辐射结构2和馈电结构，介质基板1在其厚度方向上具有相对的第一表面11和第二表面12；
辐射结构2设置在第一表面11上，辐射结构2包括沿第一方向依次设置的金属短条带对21、金属长条带22、S形金属条带23，金属短条带对21包括两条在第二方向上间隔设置的金属短条带211，金属短条带对21与金属长条带22在第一方向上间隔设置，金属短条带211、金属长条带22均沿第二方向延伸设置，S形金属条带23的一端与金属长条带22相连，第一方向、第二方向和介质基板1的厚度方向两两互相垂直；
馈电结构包括第一金属地3、第二金属地4、中间带线5和金属化过孔6，第一金属地3位于第一表面11，第二金属地4位于第二表面12，第一金属地3和第二金属地4在介质基板1的厚度方向上正对设置；第一金属地3设有缝隙31，中间带线5设置在缝隙31内；金属化过孔6贯穿介质基板1以连接第一金属地3和第二金属地4；
第一金属地3位于金属长条带22远离金属短条带211的一侧，S形金属条带23位于金属长条带22和第一金属地3之间，S形金属条带23的另一端与中间带线5相连。
参照图1和图2，x表示介质基板1的横向方向，y表示介质基板1的纵向方向，z表示介质基板1的厚度方向。在图1中，横向方向x表示从左至右的方向，纵向方向y表示自下至上的方向；在图2中，厚度方向z表示从第一表面11朝向第二表面12的方向。基于横向方向x、纵向方向y和厚度方向z，第一方向可以理解为横向方向x的反方向；第二方向可以是纵向方向y，也可以是纵向方向y的反方向。
具体的，金属短条带对21、金属长条带22、以及与中间带线5相连的S形金属条带23形成辐射结构2；第一金属地3、第二金属地4、中间带线5和金属化过孔6形成共面波导线，作为该宽带毫米波端射天线的馈电结构，中间带线5为信号传输线，第一金属地3、第二金属地4统称为金属地结构，使得该宽带毫米波端射天线具有较宽的工作带宽，同时具有结构紧凑、平面可集成的特性。其中金属化过孔6可以是空心金属通孔也可以是实心金属孔，通常选择空心金属过孔；金属化过孔的形状可以是圆形，也可以是方形或者其他形状的。
本实施例提供的宽带毫米波端射天线工作的时候，毫米波信号通过中间带线5馈入，传输到S形金属条带23，通过点接触传输及耦合进而传输到金属长条带22，而后耦合至金属短条带对21，形成宽带端射辐射。
在一些实施例中，金属长条带22工作模式为半波长模式，由于与金属短条带对21距离较近，两者的极化电场在端射方向叠加，共同贡献辐射。
在一些实施例中，金属短条带对21工作模式为奇耦合全波模式。两条金属短条带211分别工作在半波长模式，通过两条金属短条带211中间的间隙形成奇耦合，进而金属短条带对21在整体上工作在奇耦合全波模式，如此可以使两个金属短条带211沿x方向的水平电场方向相同，在天线的端射方向相互叠加，呈现端向辐射。其中，端射方向具体为自中间带线5指向金属短条带对21的方向，金属短条带对21所在的一侧为端射方向的前端，中间带线5所在的一侧为端射方向的后端。
在一些实施例中，S形金属条带23包括顺次相连的第一纵向条带231、第一横向条带232、第二纵向条带233、第二横向条带234和第三纵向条带235，各纵向条带沿第一方向延伸，各横向条带沿第二方向延伸，第一纵向条带231与金属长条带22相连，第三纵向条带235与中间带线5相连。
S形金属条带23与金属长条带22及金属地结构相互作用形成寄生谐振，该寄生谐振等效电路由一个串联电感及两个并联电容构成，串联电感来自于S形金属条带23自身，一个并联电容来自于S形金属条带23的第二横向条带234与金属长条带22的耦合，另一个并联电容来自于S形金属条带23的第一横向条带232与金属地结构之间耦合。
本实施例中，利用S形金属条带23、金属长条带22、金属短条带对21形成辐射结构，S形金属条带23使得天线获得等效电感电容寄生谐振，配合金属短条带对21的奇耦合全波谐振、金属长条带22的半波长谐振，使得该毫米波端射天线具有较宽的毫米波工作带宽；配合设置中间带线5位于第一金属地3的缝隙31内，使得天线具有平面可集成的特性。
如此，本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线工作过程中产生三个反射零点，具体包括：
第一反射零点来自于S形金属条带23与金属长条带22及金属地结构相互作用形成的寄生谐振，该寄生谐振等效电路由一个串联电感及两个并联电容构成，串联电感来自于S形金属条带23自身，电感值的大小取决于S形金属条带23的线宽及长度，一个并联电容来自于S形金属条带23的第二横向条带234与金属长条带22之间的耦合，另一个并联电容来自于S形金属条带23的第一横向条带232与金属地结构之间的耦合，两个并联电容的电容值取决于第二横向条带234的长度及第二横向条带234与金属长条带22之间的间距、第一横向条带232的长度及第一横向长条带232与金属地结构之间的间距；
第二反射零点由金属短条带对21谐振产生，两个金属短条带211均工作在半波长模式且通过中间的缝隙形成奇耦合，整体构成奇耦合全波模式，使两个金属短条带211沿x方向的水平电场方向相同，在天线的端射方向相互叠加，呈现端向辐射；
第三反射零点由金属长条带22提供，金属长条带22工作在半波长模式，由于与金属短条带对21距离较近，两者的极化电场在端射方向叠加，共同贡献辐射。
金属短条带对21利用中间间隙实现相互耦合，有利于降低该谐振频点的品质因数，将该谐振点作为第二个谐振点有利于提升整体工作频带，而寄生谐振及金属长条带22实现的第一、第三个谐振点品质因数相对较高，有利于天线带外增益的快速下降。同时，金属短条带对21有利于在与金属地结构较小的间距下实现整体匹配，能够减少端射方向尺寸。
该实施例中，金属短条带211、金属长条带22均沿所述第二方向延伸设置。优选金属短条带211、金属长条带22分别在介质基板1的横向方向x上呈矩形状，从而金属短条带211、金属长条带22的结构简单，可以有效简化该宽带毫米波端射天线的结构，方便天线的加工。
在一些实施例中，缝隙31呈矩形状，中间带线5沿第一方向延伸设置且与第三纵向条带235位于同一直线上。
在介质基板1的横向方向x上，第一金属地3被缝隙31划分为两个子部分，中间带线5与两个子部分之间均存在间隙。例如，在介质基板1的横向方向x上，中间带线5在缝隙31内居中设置。缝隙31、中间带线5均沿介质基板1的纵向方向y延伸设置，且缝隙31、中间带线5分别呈直线状，使得天线具有较宽的毫米波工作带宽的同时，有效简化天线结构，方便天线的加工。
可以理解的是，第一表面11为介质基板1的正面，第二表面12为介质基板1的背面，第二金属地4为背地。若忽略第一金属地3的缝隙31这一结构，优选第一金属地3沿厚度方向z在第二表面12上的正投影与第二金属地4重合，如此能够简化天线的结构，方便天线的加工。
在一些实施例中，介质基板1呈矩形状，介质基板1具有沿第一方向的第一对称轴13；
两条金属短条带211关于第一对称轴13对称设置，金属长条带22关于第一对称轴13呈轴对称结构；
S形金属条带23呈中心对称图形，S形金属条带23的对称中心位于第一对称轴13上。
参照图1，其中处于介质基板1的横向方向x的中部、沿纵向方向y延伸的虚线示意第一对称轴13。金属短条带对21、金属长条带22均关于第一对称轴13呈轴对称结构，S形金属条带23呈中心对称图形，且S形金属条带23的对称中心位于第一对称轴13上，如此设置能够使得天线在宽带匹配范围内获得对称的半功率辐射方向图。
进一步地，第二纵向条带233关于第一对称轴13呈轴对称结构。
参照图1和图2，第一金属地3被缝隙31划分出的两个子部分分别呈矩形状，在忽略缝隙31时可将第一金属地3的形状理解为呈矩形状，且第二金属地的形状为矩形状。由于S形金属条带呈中心对称结构，且第二纵向条带233关于第一对称轴13呈轴对称结构，故第一纵向条带231和第三纵向条带235关于第一对称轴13对称，第二纵向条带233位于天线的中心线上，第一横向条带232到第一金属地3的距离与第二横向条带234到金属长条带22的距离相同。
在这样的结构下，第一纵向条带231与金属长条带22之间形成点馈、第二横向条带234提供耦合馈，使得金属长条带22及金属短条带对21在整个宽带匹配频率范围内获得较为对称的电流分布，从而在整个宽带匹配范围内获得对称的半功率辐射方向图。同时，来自于S形金属条带23自身的寄生串联电感，第一横向条带232与金属地结构之间的耦合以及第二横向条带234与金属长条带22之间的耦合形成两个寄生并联电容，共同形成寄生谐振，增加了天线的谐振点，有助于提升带宽。
在一些实施例中，金属短条带211的长度为0.2λ0～0.22λ0；和/或，
金属长条带22的长度为0.32λ0～0.34λ0；和/或，
两条金属短条带211在第二方向上的间距为0.015λ0～0.025λ0；和/或，
金属短条带对21与金属长条带22在第一方向上的间距为0.04λ0～0.06λ0；
其中，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
具体的，金属短条带211的长度为0.2λ0～0.22λ0，金属长条带22的长度为0.32λ0～0.34λ0，两条金属短条带211在第二方向上的间距为0.015λ0～0.025λ0，金属短条带对21与金属长条带22在第一方向上的间距为0.04λ0～0.06λ0，可以使得天线的结构紧凑；
金属短条带对21中的两条金属短条带211对称分布于介质基板1的第一表面11，且位于天线的端射方向的最前端，每条金属短条带211的长度在0.2～0.22λ0之间，两条金属短条带211在第二方向上的间距为0.015～0.025λ0，基于金属短条带211的长度及金属短条带对21的中间存在的缝隙耦合的情况下，金属短条带对21整体工作在奇耦合全波模式，并且该谐振模式品质因数较低，将该谐振点作为天线的第二谐振点，可以较好地提升天线的整体带宽；
金属长条带22紧密排列于金属短条带对21与S形金属条带23之间，并对称分布于介质基板1的第一表面11，金属长条带22的长度在0.32～0.34λ0之间，工作在半波长模式，作为天线的第三谐振点，有利于在紧凑尺寸下获得宽工作带宽。
在一些实施例中，金属长条带22具有第一端221和第二端222；
在第二方向上，第一纵向条带231较第三纵向条带235靠近第一端221、远离第二端222；
第一纵向条带231与金属长条带22的相连处为第一接触点223，第一接触点223到第一端221的距离占金属长条带22的长度的0.25-0.35。
这样设置能够激励金属长条带22工作在半波长模式，并耦合激励金属短条带对21工作在奇耦合全波模式，同时满足整体匹配频带覆盖整个5G毫米波频段的需求。例如，第一接触点223到第一端221的距离占金属长条带22的长度的比可以是如下任一：0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34或0.35。
在一些实施例中，第二横向条带234与金属长条带22在第一方向上的间距为0.01λ0～0.03λ0，λ0为中心频率对应的自由空间波长。配合第一接触点223到第一端221的距离与金属长条带22的长度之间的比值，能够有效激励金属长条带22工作在半波长模式。
在一些实施例中，第一横向条带232的长度为0.13λ0～0.15λ0，λ0为中心频率对应的自由空间波长。配合第一接触点223到第一端221的距离与金属长条带22的长度之间的比值，能够有效激励金属长条带22工作在半波长模式。
在一些实施例中，介质基板1的材料为Rogers RO4003C，基于介电常数和损耗角正切。优选介质基板1的材料为Rogers RO4003C，低损耗，在不同频率下具有稳定的电特性，且成本低，从而确保天线的性能且减小天线的生产成本。
在一些实施例中，辐射结构2在第一方向上的长度与天线的带宽是一对相对的指标，通常辐射结构2在第一方向上所占据的长度越小，天线的带宽就会越窄。为了兼顾天线的紧凑性和宽工作带宽，优选辐射结构2在第一方向上的长度为0.31λ0，使得天线结构紧凑的同时确保天线具有较宽的带宽。
例如，一个具体的实施例中天线的仿真的匹配响应和增益响应如图3所示，可见其匹配响应曲线存在3个反射零点，10-dB匹配带宽范围为23.9-41.7GHz，相对带宽可以达到54.27％，频带内的平均增益为5.13dBi。
图4和图5分别为宽带毫米波端射天线在26GHz处的E面仿真辐射方向图和H面仿真辐射方向图，天线的3-dB波束带宽在E面与H面上分别为70.3°和153.8°；图6和图7分别为宽带毫米波端射天线在33GHz处的E面仿真辐射方向图和H面仿真辐射方向图，天线的3-dB波束带宽在E面与H面上分别为69.2°和130.6°；图8和图9分别为宽带毫米波端射天线在40GHz处的E面仿真辐射方向图和H面仿真辐射方向图，天线的3-dB波束带宽在E面与H面上分别为63.4°和111.1°。可见，该宽带毫米波端射天线的半功率范围内的方向图曲线在整个频带内具有较好的对称性。
本发明实施例中，S形金属条带23、金属长条带22、低品质因数金属短条带对21紧密排列，利用点馈与耦合馈相结合的方式实现宽带毫米波端射天线，使得天线能够获得S形金属条带23的等效电感电容寄生谐振、金属短条带对21的奇耦合全波模式谐振、金属长条带22的半波长谐振这三个谐振点；在天线辐射特性上，通过S形金属条带23的第一纵向条带231与金属长条带22的点接触，以及S形金属条带23的第二横向条带234带与金属长条带22的耦合，能够使得金属长条带22及金属短条带对21在整个宽带匹配频率范围内获得较为对称的电流分布，从而在整个宽带匹配范围内获得对称的半功率辐射方向图。本发明实施例提供的宽带毫米波端射天线不仅能获得较宽的毫米波工作带宽，而且可以兼顾结构紧凑、平面可集成、宽频带内的方向图对称等特性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，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。
本发明采用第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应局限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种宽带毫米波端射天线，其特征在于，包括：介质基板(1)、辐射结构(2)和馈电结构，所述介质基板(1)在其厚度方向上具有相对的第一表面(11)和第二表面(12)；
所述辐射结构(2)设置在所述第一表面(11)上，所述辐射结构(2)包括沿第一方向依次设置的金属短条带对(21)、金属长条带(22)、S形金属条带(23)，所述金属短条带对(21)包括两条在第二方向上间隔设置的金属短条带(211)，所述金属短条带对(21)与所述金属长条带(22)在所述第一方向上间隔设置，所述金属短条带(211)、所述金属长条带(22)均沿所述第二方向延伸设置，所述S形金属条带(23)的一端与所述金属长条带(22)相连，所述第一方向、所述第二方向和所述介质基板(1)的厚度方向两两互相垂直；
所述馈电结构包括第一金属地(3)、第二金属地(4)、中间带线(5)和金属化过孔(6)，所述第一金属地(3)位于所述第一表面(11)，所述第二金属地(4)位于所述第二表面(12)，所述第一金属地(3)和所述第二金属地(4)在所述介质基板(1)的厚度方向上正对设置；所述第一金属地(3)设有缝隙(31)，所述中间带线(5)设置在所述缝隙(31)内；所述金属化过孔(6)贯穿所述介质基板(1)以连接所述第一金属地(3)和所述第二金属地(4)；
所述第一金属地(3)位于所述金属长条带(22)远离所述金属短条带(211)的一侧，所述S形金属条带(23)位于所述金属长条带(22)和所述第一金属地(3)之间，所述S形金属条带(23)的另一端与所述中间带线(5)相连；
所述介质基板(1)呈矩形状，所述介质基板(1)具有沿所述第一方向的第一对称轴(13)；
两条所述金属短条带(211)关于所述第一对称轴(13)对称设置，所述金属长条带(22)关于所述第一对称轴(13)呈轴对称结构；
所述S形金属条带(23)呈中心对称图形，所述S形金属条带(23)的对称中心位于所述第一对称轴(13)上；
所述S形金属条带(23)包括顺次相连的第一纵向条带(231)、第一横向条带(232)、第二纵向条带(233)、第二横向条带(234)和第三纵向条带(235)，各纵向条带沿所述第一方向延伸，各横向条带沿所述第二方向延伸，所述第一纵向条带(231)与所述金属长条带(22)相连，所述第三纵向条带(235)与所述中间带线(5)相连；所述第二纵向条带(233)关于所述第一对称轴(13)呈轴对称结构；
所述金属长条带(22)工作模式为半波长模式；
所述金属短条带对(21)工作模式为奇耦合全波模式。
2.根据权利要求1所述的宽带毫米波端射天线，其特征在于，
所述金属短条带(211)的长度为0.2λ0～0.22λ0；和/或，
所述金属长条带(22)的长度为0.32λ0～0.34λ0；和/或，
两条所述金属短条带(211)在所述第二方向上的间距为0.015λ0～0.025λ0；和/或，
所述金属短条带对(21)与所述金属长条带(22)在所述第一方向上的间距为0.04λ0～0.06λ0；
其中，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
3.根据权利要求1所述的宽带毫米波端射天线，其特征在于，所述金属长条带(22)具有第一端(221)和第二端(222)；
在所述第二方向上，所述第一纵向条带(231)较所述第三纵向条带(235)靠近所述第一端(221)、远离所述第二端(222)；
所述第一纵向条带(231)与所述金属长条带(22)的相连处为第一接触点(223)，所述第一接触点(223)到所述第一端(221)的距离占所述金属长条带(22)的长度的0.25-0.35。
4.根据权利要求1所述的宽带毫米波端射天线，其特征在于，所述第二横向条带(234)与所述金属长条带(22)在所述第一方向上的间距为0.01λ0～0.03λ0，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
5.根据权利要求1所述的宽带毫米波端射天线，其特征在于，第一横向条带(232)的长度为0.13λ0～0.15λ0，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
6.根据权利要求1所述的宽带毫米波端射天线，其特征在于，所述缝隙(31)呈矩形状，所述中间带线(5)沿所述第一方向延伸设置且与所述第三纵向条带(235)位于同一直线上。
7.根据权利要求1所述的宽带毫米波端射天线，其特征在于，所述介质基板(1)的材料为Rogers RO4003C；所述辐射结构(2)在所述第一方向上的长度为0.31λ0，λ0为中心频率对应的自由空间波长。
CN202310885170.1A 2023-07-18 2023-07-18 宽带毫米波端射天线 Active CN116780175B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310885170.1A CN116780175B (zh) 2023-07-18 2023-07-18 宽带毫米波端射天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310885170.1A CN116780175B (zh) 2023-07-18 2023-07-18 宽带毫米波端射天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116780175A CN116780175A (zh) 2023-09-19
CN116780175B true CN116780175B (zh) 2024-04-16

Family

ID=87994641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310885170.1A Active CN116780175B (zh) 2023-07-18 2023-07-18 宽带毫米波端射天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116780175B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194915A (ja) * 2006-01-19 2007-08-02 Sony Corp アンテナ装置、アンテナ反射器、並びにアンテナを内蔵する無線通信機器
CN101409382A (zh) * 2008-09-28 2009-04-15 东南大学 使用无源金属栅条加载的渐变槽线天线
CN201966319U (zh) * 2011-01-21 2011-09-07 杭州电子科技大学 一种宽带低轮廓背腔集成天线
CN105119044A (zh) * 2015-09-09 2015-12-02 华为技术有限公司 一种辐射贴片、微带天线及通信器件
CN106229657A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 重庆大学 惠更斯源天线
CN106299705A (zh) * 2016-10-20 2017-01-04 南京理工大学 一种平面宽带滤波天线
CN107196054A (zh) * 2017-05-22 2017-09-22 王奕贝 无线通信***的准八木天线
CN211655058U (zh) * 2020-03-03 2020-10-09 南京锐码毫米波太赫兹技术研究院有限公司 小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列
CN112886246A (zh) * 2021-01-19 2021-06-01 南通大学 一种平面集成的微波毫米波共口径边射天线
CN113013626A (zh) * 2021-03-21 2021-06-22 南通大学 一种方向图可重构端射天线
CN113285229A (zh) * 2021-06-07 2021-08-20 南京邮电大学 基于人工表面等离子激元的高增益端射圆极化天线
CN115051154A (zh) * 2022-07-27 2022-09-13 重庆邮电大学 一种基于开口阶梯槽的差分宽带端射滤波天线
CN218677564U (zh) * 2022-11-28 2023-03-21 天津光电通信技术有限公司 一种单、双频段可重构微带准八木天线
CN116315654A (zh) * 2023-02-20 2023-06-23 ***通信集团云南有限公司 一种应用于室内覆盖的5g高增益宽带天线

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194915A (ja) * 2006-01-19 2007-08-02 Sony Corp アンテナ装置、アンテナ反射器、並びにアンテナを内蔵する無線通信機器
CN101409382A (zh) * 2008-09-28 2009-04-15 东南大学 使用无源金属栅条加载的渐变槽线天线
CN201966319U (zh) * 2011-01-21 2011-09-07 杭州电子科技大学 一种宽带低轮廓背腔集成天线
CN105119044A (zh) * 2015-09-09 2015-12-02 华为技术有限公司 一种辐射贴片、微带天线及通信器件
CN106229657A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 重庆大学 惠更斯源天线
CN106299705A (zh) * 2016-10-20 2017-01-04 南京理工大学 一种平面宽带滤波天线
CN107196054A (zh) * 2017-05-22 2017-09-22 王奕贝 无线通信***的准八木天线
CN211655058U (zh) * 2020-03-03 2020-10-09 南京锐码毫米波太赫兹技术研究院有限公司 小型化宽带双极化磁电偶极子毫米波边射天线及其阵列
CN112886246A (zh) * 2021-01-19 2021-06-01 南通大学 一种平面集成的微波毫米波共口径边射天线
CN113013626A (zh) * 2021-03-21 2021-06-22 南通大学 一种方向图可重构端射天线
CN113285229A (zh) * 2021-06-07 2021-08-20 南京邮电大学 基于人工表面等离子激元的高增益端射圆极化天线
CN115051154A (zh) * 2022-07-27 2022-09-13 重庆邮电大学 一种基于开口阶梯槽的差分宽带端射滤波天线
CN218677564U (zh) * 2022-11-28 2023-03-21 天津光电通信技术有限公司 一种单、双频段可重构微带准八木天线
CN116315654A (zh) * 2023-02-20 2023-06-23 ***通信集团云南有限公司 一种应用于室内覆盖的5g高增益宽带天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN116780175A (zh) 2023-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Eldek Design of double dipole antenna with enhanced usable bandwidth for wideband phased array applications
US7605769B2 (en) Multi-ban U-slot antenna
Qu et al. Ultrawideband composite cavity-backed folded sectorial bowtie antenna with stable pattern and high gain
WO2003010854A1 (en) Dual band planar high-frequency antenna
Hu et al. Electrically small, planar, complementary antenna with reconfigurable frequency
EP2120293A1 (en) Improved broadband multi-dipole antenna with frequency-independent radiation characteristics
US20230075273A1 (en) Magneto-electric dipole antenna
JP2002524953A (ja) アンテナ
US6977613B2 (en) High performance dual-patch antenna with fast impedance matching holes
Sun et al. Research progress in Yagi antennas
CN111682312B (zh) 沿e平面非对称切割的贴片天线
CN107799888B (zh) 一种双频高增益贴片天线
KR100729627B1 (ko) 단방향성 방사패턴을 갖는 초광대역 안테나
CN116780175B (zh) 宽带毫米波端射天线
CN215989232U (zh) 天线及天线阵列
CN102340051A (zh) 双v型双频天线
CN212571346U (zh) 沿e平面非对称切割的贴片天线
CN111600120B (zh) 一种紧凑的低交叉极化微带天线
CN110635234A (zh) 天线结构
CN111224225B (zh) 一种紧凑型双偶极子驱动器及应用该驱动器的准八木天线
CN220492202U (zh) 一种应用于x频段的宽带端射天线
CN216529352U (zh) 一种低剖面超宽带天线
CN113410625B (zh) 一种3D拱形超宽带Vivaldi天线及制作方法
Guo et al. Development of electrically small, bandwidth enhanced, vertically polarized filtennas
CN112993551B (zh) 应用于5G和6G频段的全向宽频WiFi天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant