一种超宽带可拓展毫米波天线单元及天线阵列制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超宽带可拓展毫米波天线单元，包括：位于第一平面内的第一接地面、第二接地面、共面馈电传输线和微带传输线，位于第二平面内的第三接地面，及主辐射单元，第一接地面和第二接地面位于共面馈电传输线两侧，微带传输线与共面馈电传输线从向远离第一接地面和第二接地面的一侧向外延伸，第一接地面与第三接地面之间通过第一过孔连接，第二接地面与第三接地面之间第二过孔连接，第三接地面上具有开槽，开槽在第一平面上的投影区覆盖微带传输线远离共面馈电传输线的一端，主辐射单元位于第三接地面相对于第一平面的另一侧，主辐射单元在第三接地面上的投影区覆盖开槽区域。该毫米波天线单元通过拓展组成天线阵列可以达到更高的增益。列可以达到更高的增益。列可以达到更高的增益。

【技术实现步骤摘要】
一种超宽带可拓展毫米波天线单元及天线阵列


[0001]本技术涉及天线
，特别涉及一种超宽带可拓展毫米波天线单元及天线阵列。

技术介绍

[0002]近年来，随着无线通信技术的快速发展，各种电子设备的普及使用，毫米波手势识别雷达、毫米波车载雷达的推广使用，使得人们对无线通信的质量也提出了更高的要求。更快的传输速度，更好的传输带宽，这也就意味着，通信频带需要不断的向宽频和高频发展，也就推动了对高频宽带天线的研究，而毫米波天线波长短、传输速度快、传播特性好等优势使其进入了大部分人的视野当中。
[0003]传统的毫米波天线一般采用波导结构来实现，相较于平面贴片天线，波导结构相对复杂昂贵，并且不利于集成，所以对于小型化毫米波微带天线的研究是必然且必要的。在毫米波无线通信系统中，天线是发射和接受信号的能量转换装置，天线性能的好坏严重影响到无线通信系统的性能等特性。现代雷达系统中通常使用的波导缝隙天线，在波导上开缝，形成辐射缝隙阵列来提升辐射性能，但是这种天线体积较大，不利于系统集成和小型化，在实际生产加工中的要求越来越高，波导管缝隙天线的缝隙宽度一般小于1mm，深度和倾角各不相同，同时天线阵的结构紧凑，所以加工和组装工艺需要同时克服多种技术难题，成本大大增加。
[0004]如果采用传统微带贴片天线结构，虽然具有结构实现简单，成本低等优点，但是常规的微带贴片天线阻抗带宽非常窄(5％左右)，难以满足毫米波频段的对于宽带的要求，尤其是在60G、77G及以上更高频段。常规的微带线馈电的毫米波天线有微带线辐射损耗大、色散大、馈线与辐射单元间隔离差、衬底厚度对特征阻抗影响较大等缺点。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本技术提供了一种具有超宽阻抗带宽、加工成本低和结构简单的毫米波天线单元。
[0006]本申请公开了一种超宽带可拓展毫米波天线单元，包括：
[0007]位于第一平面内的第一接地面、第二接地面、共面馈电传输线和微带传输线，所述第一接地面和所述第二接地面分别位于所述共面馈电传输线两侧，所述微带传输线与所述共面馈电传输线连接并向远离所述第一接地面和所述第二接地面的一侧延伸；
[0008]位于与所述第一平面平行的第二平面内的第三接地面，所述第一接地面与所述第三接地面之间通过靠近所述共面馈电传输线的一列第一过孔连接，所述第二接地面与所述第三接地面之间通过靠近所述共面馈电传输线的一列第二过孔连接，所述第三接地面上具有开槽，所述开槽在所述第一平面上的投影区覆盖所述微带传输线远离所述共面馈电传输线的一端；
[0009]位于所述第三接地面相对于所述第一平面的另一侧的主辐射单元，所述主辐射单
元在所述第三接地面上的投影区覆盖所述开槽。
[0010]优选的，所述主辐射单元由多层金属贴片堆叠而成，相邻层的金属贴片之间具有介质基板。
[0011]优选的，所述多层金属贴片分别位于印刷电路板的各覆铜层所在的平面。
[0012]优选的，所述主辐射单元包括4层金属贴片。
[0013]优选的，每层金属贴片的形状为矩形、圆形、梯形或三角形。
[0014]优选的，所述一列第一过孔和所述一列第二过孔中，每一列相邻两个过孔之间的孔间距小于工作频率的1/4波长。
[0015]优选的，所述第一接地面和所述第二接地面与所述第三接地面之间具有第一介质基板，所述第三接地面与所述主辐射单元之间具有第二介质基板。
[0016]优选的，所述开槽的形状为矩形、H型、F型或U型。
[0017]优选的，所述第一平面和所述第二平面分别为印刷电路板的覆铜层所在的平面。
[0018]本申请还公开一种天线阵列，包括如上所述的多个毫米波天线单元组成的天线阵列。
[0019]相对于现有技术，本技术采用接地共面波导结构馈电具有低损耗、色散小、隔离度好、衬底厚度对特征阻抗影响较小等优点，同时采用微带线缝隙耦合馈电结构和多层贴片耦合辐射结构不仅可以有效扩展天线的带宽，也可获得较好的定向特性，可设计出超宽带、低成本、易于集成和生产加工的定向毫米波天线，该天线单元在高频毫米波频段相对带宽可以达到30％以上。天线单元可通过阵列拓展组成天线阵列进一步提高天线增益。
[0020]天线的介质基板和辐射贴片采用多层设计，适合于在PCB多层板上加工。使用接地共面波导进行馈电，仅用金属化通孔就能实现接地共面波导传输线，传输线及天线的地不需要使用盲孔，避免了盲孔加工的难度和较高的成本。整体结构易于使用PCB加工，可以广泛应用于毫米波天线单元及毫米波阵列天线的设计。实际使用时，通过设计介质基板材质和厚度、贴片形状和尺寸、接地平面上的开槽缝隙形状尺寸以及微带线长度等变量就可实现超过25GHz的阻抗匹配带宽，相对带宽达到30％以上且适用于PCB加工的超宽带定向毫米波天线单元，具有超宽带、平面化、低成本、易于量产等优点，且该毫米波天线单元通过拓展组成天线阵列可以达到更高的增益。具有很高的实用价值。
附图说明
[0021]图1是本技术一种超宽带可拓展毫米波天线单元结构顶表面的俯视示意图。
[0022]图2是本技术一种超宽带可拓展毫米波天线单元结构底表面的俯视示意图。
[0023]图3是本技术一种超宽带可拓展毫米波天线单元结构的侧面示意图。
[0024]图4是本技术一个实施例的结构侧面俯视3D示意图。
[0025]图5是本技术一个实施例的结构侧面仰视3D示意图。
[0026]图6是本技术一个实施例的S11阻抗带宽图。
[0027]图7是本技术一个实施例在62GHz时的天线2D方向图。
[0028]图8是本技术一个实施例在62GHz时的天线3D方向图。
[0029]图9是本技术一个实施例在79GHz时的天线2D方向图。
[0030]图10是本技术一个实施例在79GHz时的天线3D方向图。
具体实施方式
[0031]下面结合说明书的附图，对本技术的具体实施方式作进一步的描述，使本技术的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例只是示例性的，旨在解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0032]需要说明的是，在本技术描述中，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本技术和简化描述，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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本技术的具体保护范围。本技术描述中，如有长度、宽度、厚度等的数值，仅是为了叙述本技术和简化描述，不能理解为限制本技术的具体保护范围。
[0033]在本技术中，如有术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超宽带可拓展毫米波天线单元，其特征在于，包括：位于第一平面内的第一接地面(1)、第二接地面(2)、共面馈电传输线(4)和微带传输线(5)，所述第一接地面(1)和所述第二接地面(2)分别位于所述共面馈电传输线(4)两侧，所述微带传输线(5)与所述共面馈电传输线(4)连接并向远离所述第一接地面(1)和所述第二接地面(2)的一侧延伸；位于与所述第一平面平行的第二平面内的第三接地面(3)，所述第一接地面(1)与所述第三接地面(3)之间通过靠近所述共面馈电传输线(4)的一列第一过孔(6)连接，所述第二接地面(2)与所述第三接地面(3)之间通过靠近所述共面馈电传输线(4)的一列第二过孔(7)连接，所述第三接地面(3)上具有开槽(9)，所述开槽(9)在所述第一平面上的投影区覆盖所述微带传输线(5)远离所述共面馈电传输线(4)的一端；位于所述第三接地面(3)相对于所述第一平面的另一侧的主辐射单元(8)，所述主辐射单元(8)在所述第三接地面(3)上的投影区覆盖所述开槽(9)。2.如权利要求1所述的超宽带可拓展毫米波天线单元，其特征在于，所述主辐射单元(8)由多层金属贴片(21，22，23，24)堆叠而成，相邻层的金属贴片之间具有介质基板(41，42，43)。3.如权利要求2所述的超宽带可拓展毫米波天线单元，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，王彦杰，王凌云，邹毅，
申请(专利权)人：深圳市华杰智通科技有限公司，
类型：新型
国别省市：