基于连通波导的缝隙线性阵列天线、无线通信设备及系统技术方案

本文提供了一种基于连通波导的缝隙线性阵列天线、无线通信设备及系统，包括：第一金属层、第二金属层、设置于第一金属层与第二金属层之间的介质基片、形成于介质基片上的多个波导馈电传输单元及金属壁、位于第一金属层中的多个辐射缝隙，所有金属壁围成的空间构成连通波导，其中，金属壁包括围绕辐射缝隙除了中间段的第一长边以及与相邻辐射缝隙之间相邻边外周围布置的金属壁以及连接波导馈电传输单元之间的金属壁；所述波导馈电传输单元的宽度小于所述辐射缝隙的最大宽度，每一波导馈电传输单元分别连接每一辐射缝隙中间段的第一长边两端的金属壁。本文提供的天线能够提高辐射的电场面积以提高增益。的电场面积以提高增益。的电场面积以提高增益。

【技术实现步骤摘要】
基于连通波导的缝隙线性阵列天线、无线通信设备及系统


[0001]本文涉及射频通信中的天线设备领域，尤其涉及一种基于连通波导的缝隙线性阵列天线、无线通信设备及系统。

技术介绍

[0002]移动通信自20世纪80年代诞生以来，经过三十多年的爆发式增长，已成为连接人类社会的基础信息网络。随着信息和网络技术的快速发展，移动通信对于数据传输的速率也提出了更高的要求。为此，毫米波频段自开放以来获得了越来越多的研究和应用。天线作为通信传播和电子设备之间的接口，其性能的好坏成为影响整个无线系统性能的重要因素。在毫米波频段，高增益天线阵列由于能够克服毫米波通信中的信号衰减问题，有利于提高毫米波通信质量和通信距离，因此其具有巨大的用途和优势。此外，在设计高增益的阵列天线的同时保持天线结构本身的简单性一直是一个热门研究方向。这是因为简单的天线阵列结构非常利于降低加工难度，节省成本，特别是在毫米波频段。
[0003]为此，作为简单的辐射结构，波导缝隙天线在现有技术中被广泛应用。其低剖面和低复杂度使其作为辐射单元被广泛地应用于大规模阵列天线中。伴随着介质基片集成波导技术的成熟，传统印制电路板技术可以用来生产毫米波波导结构，波导缝隙天线在毫米波频段上得到了更加成熟和广泛的发展。然而，由于其辐射口径限制，传统缝隙天线往往存在辐射增益低的缺陷。

技术实现思路

[0004]本文用于解决现有技术中高增益天线阵列具有结构复杂和加工难度大问题以及波导缝隙天线具有增益低的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本文的第一方面提供一种基于连通波导的缝隙线性阵列天线，包括：第一金属层、第二金属层、设置于第一金属层与第二金属层之间的介质基片、形成于介质基片上的多个波导馈电传输单元及金属壁、位于第一金属层中的多个辐射缝隙，其中，所述辐射缝隙包括中间段及其两侧的端头段；
[0006]所有金属壁围成的空间构成连通波导，其中，所述金属壁包括：围绕所述辐射缝隙除了中间段的第一长边以及与相邻辐射缝隙之间相邻边外周围布置的金属壁以及连接波导馈电传输单元之间的金属壁；
[0007]所述波导馈电传输单元的宽度小于所述辐射缝隙的最大宽度，每一波导馈电传输单元分别连接每一辐射缝隙中间段的第一长边两端的金属壁。
[0008]作为本文进一步实施例中，所述辐射缝隙顶部与所述第一金属层顶部位于相同高度。
[0009]作为本文进一步实施例中，所述辐射缝隙端头段的长边垂直于所述辐射缝隙中间段的短边。
[0010]作为本文进一步实施例中，所述辐射缝隙终中间段的第二长边对应的金属壁构成
匹配终端，其中，所述第二长边为第一长边的对边，远离所述波导馈电传输单元；
[0011]所述匹配终端的金属壁的长度与所述辐射缝隙中间段的长度相同，所述匹配终端的金属壁的高度与所述波导馈电传输单元的高度相同。
[0012]作为本文进一步实施例中，相邻辐射缝隙之间的间距为0.5毫米～1毫米。
[0013]作为本文进一步实施例中，所述波导馈电传输单元的底部金属的延伸形成所述第二金属层。
[0014]作为本文进一步实施例中，所述金属壁由金属化过孔通过密集型排布形成。
[0015]作为本文进一步实施例中，基于连通波导的缝隙线性阵列天线还包括：第一金属贴片及第二金属贴片；
[0016]所述第一金属贴片及第二金属贴片分别设置于所述金属壁的相对两面；
[0017]所述第一金属贴片与辐射缝隙顶部位于同一水平面，所述第二金属贴片与第二金属层位于同一水平面，所述第一金属贴片和第二金属贴片在垂直向完全重合。第一金属贴片属于第一金属层的一部分，第二金属贴片属于第二金属层的一部分。
[0018]作为本文进一步实施例中，基于连通波导的缝隙线性阵列天线还包括：填充介质结构，设置于所述波导馈电传输单元的内部和/或所述连通波导内部。
[0019]作为本文进一步实施例中，每一波导馈电传输单元远离所述辐射缝隙的一侧形成一馈电端口；
[0020]所有波导馈电传输单元的馈电端口于工作时同时激励。
[0021]本文第二方面提供一种无线通信设备，所述无线通信设备配置有前述任一实施例所述的基于连通波导的缝隙线性阵列天线。
[0022]本文第三方面提供一种无线通信系统，所述无线通信系统前述任一实施例所述的无线通信设备。
[0023]本文提出的基于连通波导的缝隙线性阵列天线、无线通信设备及系统，通过在介质基片中设置金属壁，所有金属壁围成的空间构成连通波导，其中，所述金属壁包括围绕所述辐射缝隙除了中间段的第一长边以及与相邻辐射缝隙之间相邻边外周围布置的金属壁以及连接波导馈电传输单元之间的金属壁，使得所有的阵列单元(每一辐射缝隙对应的结构可以看作一阵列单元)共享一个连通波导，能够降低天线的加工难度、防止电磁波泄露、提高天线效率。通过采用包括中间段及其两侧的端头段的辐射缝隙结构(“I”字型缝隙结构)，利用波导馈电传输单元对辐射缝隙进行馈电，其中，辐射缝隙的最大宽度超出波导馈电传输单元的宽度，辐射缝隙不再限制于波导宽度之内，从而使得缝隙更长、面积更大且口径面更大，进而能够提高辐射的电场面积以提高增益。
[0024]本文提出的基于连通波导的缝隙线性阵列天线兼具波导缝隙天线的结构简单、加工成本低的特性以及高增益天线阵列的高增益，宽的增益带宽的特性，工作频段可以设计在传统的微波频段或者毫米波频段，特别适合作为应用于毫米波频段的单层高增益的线性阵列。
[0025]为让本文的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本文实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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文的一些实施例，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。
[0027]图1示出了本文一实施例基于连通波导的缝隙线性阵列天线的立体图；
[0028]图2示出了本文一实施例基于连通波导的缝隙线性阵列天线的俯视图；
[0029]图3示出了本文一实施例基于连通波导的缝隙线性阵列天线的侧视图；
[0030]图4示出了本文一实施例基于连通波导的缝隙线性阵列天线的制作流程图；
[0031]图5示出了本文具体实施例基于连通波导的缝隙线性阵列天线的反射系数和增益随着频率而变化的曲线图；
[0032]图6A示出了基于连通波导的缝隙线性阵列天线在60GHz处的方向图；
[0033]图6B示出了基于连通波导的缝隙线性阵列天线在70GHz处的方向图；
[0034]图6C示出了基于连通波导的缝隙线性阵列天线在80GHz处的方向图。
[0035]附图符号说明：
[0036]110、第一金属层；
[0037]120、第二金属层；
[0038]130、介质基片；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连通波导的缝隙线性阵列天线，其特征在于，包括：第一金属层(110)、第二金属层(120)、设置于第一金属层(110)与第二金属层(120)之间的介质基片(130)、形成于介质基片(130)上的多个波导馈电传输单元(140)及金属壁、位于第一金属层(110)中的多个辐射缝隙(150)，其中，所述辐射缝隙(150)包括中间段(151)及其两侧的端头段(152)；所有金属壁围成的空间构成连通波导(170)，其中，所述金属壁包括：围绕所述辐射缝隙除了中间段的第一长边以及与相邻辐射缝隙之间相邻边外周围布置的金属壁以及连接波导馈电传输单元(140)之间的金属壁；所述波导馈电传输单元(140)的宽度小于所述辐射缝隙(150)的最大宽度，每一波导馈电传输单元(140)分别连接每一辐射缝隙的中间段(151)的第一长边两端的金属壁。2.如权利要求1所述的基于连通波导的缝隙线性阵列天线，其特征在于，所述辐射缝隙的端头段(152)的长边垂直于所述辐射缝隙的中间段(151)的短边。3.如权利要求2所述的基于连通波导的缝隙线性阵列天线，其特征在于，所述辐射缝隙的中间段(151)的第二长边对应的金属壁构成匹配终端(180)，其中，所述第二长边为第一长边的对边；所述匹配终端(180)的金属壁的长度与所述辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄衡，郭庆毅，
申请(专利权)人：香港城市大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：