一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线制造技术

本发明专利技术涉及一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线，自上而下依次层叠设置的第一基板、第二基板、金属地板、第三基板、第四基板和金属反射板，第一基板中央嵌入有介质薄片，第一介质基板上表面印刷围绕介质薄片设置的金属条带，金属地板中央开设有正交的两个“H”型缝隙，第三基板与第四基板之间夹设绝缘板，第三基板下面表面设置有第一馈电微带线，第四基板上表面设置第二馈电微带线，第一馈电微带线、第二馈电微带线为“Y”型微带线且分别与对应的“H”型缝隙的中央缝隙正交。本发明专利技术具有结构紧凑，双极化、宽频的双频段，尺寸小，谐振点可单独调节，剖面低等优点。剖面低等优点。剖面低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线


[0001]本专利技术涉及微波通信领域，尤其涉及一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合介质谐振器天线。

技术介绍

[0002]毫米波技术是第五代移动通信系统实现高数据速率无线通信的最为关键的技术。目前世界范围内授权的5G毫米波频段为n257(26.5
‑
29.5GHz)、n258(24.25
‑
27.5GHz)、n260(37.0
‑
40.0GHz)和n261(27.5
‑
28.35GHz)，一般来说，n257、n258和n261频段被划分为28GHz频段，而n260频段被划分为39GHz频段。双频段天线可以减少系统中天线的数目，简化硬件结构，降低系统的成本。双极化天线技术利用正交电磁波不相干性和信号的多径传输效应，在收发双工的模式下采用极化相互正交的天线同时工作，可以很好的解决电磁波传输过中出现的多径衰落和极化失配等问题，提高系统的通信容量。在此背景下，就天线
而言，设计一款能覆盖毫米波28/39GHz的双频段、双极化天线具有重要的研究意义。
[0003]基于介质谐振器的混合天线是指将介质谐振器与其他辐射结构相结合的天线，是实现毫米波双频段天线的有效解决方案。不仅因为它具有结构紧凑的多个谐振器，而且还继承了介质谐振器的许多优点，比如易激励，设计灵活，在毫米波频段因为没有导体损耗而辐射效率高等。
[0004]申请人向国知局提交一份关于面向5G毫米波双频段应用的混合天线的申请(CN113410631A)，其在实现毫米波双频带宽频覆盖的同时能兼具低剖面及较小平面尺寸的优异特性，可以方便地拓展为波束扫描天线阵列，极具实用价值。然而该毫米波双频段天线存在无法实现双极化的问题。而现有实现双极化的天线其带宽较窄且两个频带不易单独调节；或者现有实现双极化、双频段的天线又存在天线尺寸过大的问题，无法满足毫米波蜂窝网的波束扫描阵列应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，克服现有的毫米波天线设计中存在的天线带宽较窄、平面尺寸大、无法实现双极化、各频段不易单独调节等问题，提出一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线，实现5G毫米波双频段、双极化应用。
[0006]为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线，包括自上而下依次层叠设置的第一基板、第二基板、金属地板、第三基板、第四基板和金属反射板，其特征在于：所述第一基板中央嵌入有介质薄片，第一介质基板上表面印刷有覆盖介质薄片或围绕介质薄片设置的金属条带，金属地板中央开设有正交的两个“H”型缝隙，第三基板与第四基板之间夹设绝缘板，第三基板下面表面设置有用于第一端口馈电的第一馈电微带线，第四基板上表面设置有用于第二端口馈电的第二馈电微带线，所述第一馈电微带线、第二馈电微带线为“Y”型微带线且分别与对应的“H”型缝隙的中央缝隙正交。
[0007]其中，介质薄片的介电常数高于第一基板和第二基板的介电常数，所述介质薄片
与第一基板和第二基板构成层叠型介质谐振器。
[0008]作为优选，所述金属带条周围设有贯穿第二基板并向下延伸至金属反射板的金属化通孔，形成基片集成波导背腔。
[0009]作为优选，正交的两个“H”型缝隙的四个象限内分别设置有贯穿第三基板并向下延伸至金属反射板的金属化通孔，以提高天线极化之间的隔离度。
[0010]作为优选，第一馈电微带线的传输线部分、第二馈电微带线的传输线部分的左右两侧分别设置多个贯穿第三基板并向下延伸金属反射板的金属孔，形成基片集成同轴线。
[0011]首先，本专利技术在金属地板上蚀刻有两条相互垂直的“H”型缝隙，与第一馈电微带线、第二馈电微带线构成缝隙耦合结构，该结构可以很好的激励起整个天线辐射单元的正交模从而实现双极化特性；其次，在第一馈电微带线与第二馈电微带线左右两侧分别引入金属孔与基板和地一起构成基片集成同轴线来减小馈线在传输过程中产生的损耗；最后在两条相互垂直的“H”型缝隙之间增加金属孔用来提高天线所产生两个相互垂直的线极化之间的隔离度。
[0012]本专利技术中，采用高介电常数的介质薄片与低介电常数介质基板相结合的低剖面层叠型介质谐振器进行天线设计，首先通过缝隙在39GHz频段激励起介质谐振器的基模(TE
111
)和高次模(TE
131
)这两个模式；同时，缝隙本身作为辐射单元在28GHz频段提供一个谐振点；在此基础上，通过在天线顶层印刷一层金属带条的方式在28GHz频段增加一个谐振点以进一步拓展低频频段带宽。因此，在28GHz频段和39GHz频段均存在两个谐振点，实现了毫米波双频段宽频设计，成功覆盖n257、n260频段和n261频段这几个毫米波频段。最后，在第一馈电线和第二馈电线上分别引入匹配枝节调节各个极化方向上的阻抗匹配。本专利技术使用混合天线设计方案，结构紧凑具有较小的平面尺寸，天线平面尺寸为0.37λ0×
0.37λ0(～λ0@28GHz)，因此可以方便地拓展为波束扫描天线阵列。相对于毫米波天线其他方案，本专利技术具有结构紧凑，双极化、宽频的双频段，尺寸小，谐振点可单独调节，剖面低等优点。
[0013]综上，本专利技术具有以下特点：
[0014]1、引入低剖面的层叠型介质谐振器结构，包括高介电常数的介质薄片及具有低介电常数的相对较厚的介质基板；采用“H”型缝隙给上述层叠型介质谐振器进行馈电获得了介质谐振器的TE
111
和TE
131
两个谐振模式，使该介质谐振器天线具备了双模工作特性，实现了毫米波39GHz频段的宽频覆盖。两条相互垂直“H”型馈电缝隙使得该混合天线的介质谐振器部分产生了正交模，实现了该混合天线39GHz处的双极化特性。
[0015]2、采用在金属地板上蚀刻有两条相互垂直的“H”型缝隙，缝隙本身在28GHz处产生一个谐振点实现了该混合天线的毫米波双频特性；两条相互垂直的“H”型缝隙实现了该混合天线的缝隙部分在28GHz处的双极化特性，进一步在缝隙周围增加金属通孔来提高本专利技术天线两个极化之间的隔离度。
[0016]3、通过在第一介质基板3上表面印刷金属带条，在毫米波的28GHz频段处增加一个谐振模式的同时不显著增加天线的面积、体积或重量，该谐振模式不影响混合天线的其他谐振模式，显著拓展了28GHz频段的阻抗带宽，实现了该混合天线毫米波28GHz频段的宽频覆盖；两条相互垂直“H”型馈电缝隙使得该混合天线的金属带条部分也产生了正交模，实现了该混合天线28GHz处的双极化特性。
[0017]4、在“Y”型馈线下方引入一层基板(第四基板14)和反射地16，馈线的周围增加金
属通孔，构成基片集成同轴线结构，减少馈线的传输损耗且有易于本专利技术天线的进一步集成和加工。
[0018]5、本天线设计可以同时包含28GHz以及39GHz两个热点毫米波频段，但不仅限于28GHz以及39GHz频段，该设计技术可应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线，包括自上而下依次层叠设置的第一基板（3）、第二基板（5）、金属地板（8）、第三基板（9）、第四基板（14）和金属反射板（16），其特征在于：所述第一基板（3）中央嵌入有介质薄片（2），第一介质基板（3）上表面印刷有覆盖介质薄片（2）或围绕介质薄片（2）设置的金属条带（1），金属地板（8）中央开设有正交的两个“H”型缝隙（6），第三基板（9）与第四基板（14）之间夹设绝缘粘合板（18），第三基板（9）下面表面设置有用于第一端口馈电的第一馈电微带线（10），第四基板（14）上表面设置有用于第二端口馈电的第二馈电微带线（13），所述第一馈电微带线（10）、第二馈电微带线（13）为“Y”型微带线（10）且分别与对应的“H”型缝隙（6）的中央缝隙正交。2.根据权利要求1所述的一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线，其特征在于：所述金属带条（1）周围设有贯穿第二基板（5）并向下延伸至金属反射板（16）的金属化通孔，形成基片集成波导背腔（4）。3.根据权利要求2所述的一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线，其特征在于：所述相邻金属化通孔的上表面通过金属带相连，所述金属带呈L型且分设于金属条带（1）外围的四角处。4.根据权利要求1所述的一种面向5G毫米波双频段应用的双极化混合天线，其特征在于：所述第一馈电微带线（10）上设置有第一匹配枝节（11），第二馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨汶汶，陈天文，崔伦雪，陈建新，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：