【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线，特别是涉及一种双频段宽角扫描的毫米波阵列天线。
技术介绍
1、近年来，随着移动通信系统对更快传输速率、更宽带宽和更低时延的发展需求，毫米波技术受到了广泛关注。毫米波频段的升高带来了更大的传输损耗，这要求毫米波天线具有更高的增益和波束扫描特性，以补偿损耗并保证通信范围。同时，为了在终端设备中接入毫米波技术，需要在手机等移动终端设备中部署毫米波阵列。然而，这些设备的空间非常有限，大部分空间已经被电池、摄像头和屏幕等关键组件占用，因此天线设计的空间十分有限。小尺寸且能够进行宽角度扫描的毫米波阵列天线成为终端天线设计面临的一大难题。
2、另外，随着多个热门毫米波频段逐步投入商用，实现双频段宽角扫描的毫米波阵列可以极大地提高天线的空间利用率。目前，已有一些针对双频宽角扫描毫米波阵列的研究与设计，通常采用四单元双频阵列的形式，低频段采用0.5波长间距布阵。然而，对于高频段，这种单元间距较大，根据相控阵原理，在单元数有限的情况下，较大的单元间距会导致波束扫描到大角度时的旁瓣升高，从而限制了波束扫描范围。通常只能实现±45°的低频段波束扫描范围和±30°的高频段波束扫描范围。
3、在ieee公开发表的论文《dual-band dual-polarized microstrip antennaarray using double-layer gridded patches for 5g millimeter-wave applications》中，设计了一款2×2的双频段毫米波天线阵列。该阵列在低频段和
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，用于解决现有技术中现有的双频宽角扫描毫米波阵列高频段波束扫描范围较小的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，包括阵列设置的四个双频单元和两个高频单元，所述双频单元和高频单元均包括同一高频段，所述双频单元还包括低频段；相邻的两个双频单元的间距为低频段的0.45波长；相邻的双频单元和高频单元的间距为高频段的0.5波长；两个高频单元的间距为高频段的0.45波长；通过优化方法使得两个高频单元来抵消四个双频单元的高频段扫描到大角度时的旁瓣电平，实现双频段宽角扫描的毫米波阵列。
4、实现上述技术方案，本专利技术采用了四个双频单元和两个高频单元的组合设计。其中，每个双频单元支持低频段和高频段的操作，而高频单元仅工作于高频段。这种设计旨在通过优化高频单元的位置及其与双频单元之间的相互作用来改善整个阵列在高频段时的大角度扫描性能；双频单元按照低频段0.45波长的间距排列，这样的布局可以确保在低频段时具有良好的波束扫描能力；当使用四单元双频阵列进行高频段扫描时，在大角度扫描情况下容易产生较高的旁瓣电平。为了克服这个问题，通过附加的两个高频单元来形成一种抵消效应。具体来说，通过对高频单元施加特定的相位控制，使得其产生的辐射场能够与双频单元产生的旁瓣部分相互抵消，从而降低整体的旁瓣电平，提高主波束的质量。
5、于本专利技术的一实施例中，所述双频单元和高频单元均包括自上而下依次设置的第一天线介质层、粘合层、第二天线介质层、第一馈电介质层和第二馈电介质层。
6、实现上述技术方案，粘合层用于将第一天线介质层与第二天线介质层牢固地结合在一起，共同构成天线层，这种多层结构设计能够有效提高天线的宽带特性、增益和方向性，不同层之间的相互作用有助于优化天线在不同频段下的性能。
7、于本专利技术的一实施例中，所述双频单元和高频单元均包括有大辐射贴片和小辐射贴片，所述大辐射贴片位于所述第一天线介质层的上表面，所述小辐射贴片位于所述第一天线介质层的下表面。
8、实现上述技术方案，大辐射贴片和小辐射贴片的设计使得每个天线单元能够在两个不同的频段内工作。大辐射贴片对应低频段，小辐射贴片对应高频段，通过在第一天线介质层的上下表面分别设置大辐射贴片和小辐射贴片，实现了天线的小型化，适合移动终端设备的紧凑空间。
9、于本专利技术的一实施例中，所述第一馈电介质层和所述第二馈电介质层的下表面均设有双极化馈电线；所述第二天线介质层的下表面设有金属地面层，所述金属地面层的中部刻蚀有供两个所述双极化馈电线耦合的正交槽。
10、实现上述技术方案，双极化馈电线设计用于实现两个正交极化的信号馈电，以提供更广泛的覆盖范围和更高的数据传输速率，金属地面层作为天线的辐射地面，其上的正交槽允许双极化馈电线与之耦合，从而实现高效的信号传输和辐射；双极化馈电线的设计使得天线能够处理水平和垂直两种极化的信号，增加了系统的灵活性，正交槽的设计实现了高效的能量耦合，提高了天线的效率和增益。双极化馈电设计使得天线能够处理多种极化的信号，增强了系统的抗干扰能力。
11、于本专利技术的一实施例中，所述双频单元的大辐射贴片刻蚀有十字槽并将大辐射贴片分割为四个相同的辐射单元。
12、实现上述技术方案，十字槽的设计使得大辐射贴片能够产生多个谐振模式，从而扩展了天线的工作带宽；每个辐射单元都可以独立地参与辐射过程，增强了天线在不同频率点上的响应；刻蚀十字槽后，大辐射贴片被分成四个相同的部分，这有助于减少电流路径的长度，从而降低辐射电阻，提高天线的辐射效率。
13、于本专利技术的一实施例中，所述优化方法包括将两个高频单元作为二元阵列，所述四个双频单元作为四单元双频阵列；通过一个阶梯相位控制二元阵列的波束指向，同时引入二元阵列与四单元双频阵列的随机相位差；优化该随机相位差，并使得二元阵列主波束偏转方向与四单元双频阵列的最大旁瓣的波束方向一致；基于随机相位实现二元阵列主波束与四单元双频阵列的最大旁瓣波束反向抵消，从而提高四单元双频阵列的高频扫描范围。
14、实现上述技术方案，四单元双频阵列在高频段进行大角度扫描时，容易产生较高的旁瓣电平，影响整体性能，通过阶梯相位控制方法调整二元阵列中每个单元的相位，以改变其波束指向。这种相位控制可以动态调整二元阵列的辐射方向，使其能够覆盖所需的角度范围；当二元阵列的主波束与四单元双频阵列的最大旁瓣波束方向一致且相位相反时，两者相互抵消，从而显著降低旁瓣电平；通过引入二元阵列并进行相位优化，有效抑制了四单元双频阵列在高频段的大角度扫描时的旁瓣电平，从而扩展了高频扫描范围；旁瓣电平的降低提高了天线的方向性和增益，提升了通信质量和信号传输的可靠性。
15、于本专利技术的一实施例中，四单元双频阵列的高频扫描范围由±30°提升至±45°。
16、实现上述技术方案，在没有优化之前，四单元双频阵列在高频段的扫描范围通常限制在±30°。这是因为在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：包括阵列设置的四个双频单元和两个高频单元，所述双频单元和高频单元均包括同一高频段，所述双频单元还包括低频段；
2.根据权利要求1所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：所述双频单元和高频单元均包括自上而下依次设置的第一天线介质层、粘合层、第二天线介质层、第一馈电介质层和第二馈电介质层。
3.根据权利要求2所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：所述双频单元和高频单元均包括有大辐射贴片和小辐射贴片，所述大辐射贴片位于所述第一天线介质层的上表面，所述小辐射贴片位于所述第一天线介质层的下表面。
4.根据权利要求2所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：所述第一馈电介质层和所述第二馈电介质层的下表面均设有双极化馈电线；
5.根据权利要求3所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：所述双频单元的大辐射贴片刻蚀有十字槽并将大辐射贴片分割为四个相同的辐射单元。
6.根据权利要求1所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：所述优化方法包括将两个
7.根据权利要求6所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：四单元双频阵列的高频扫描范围由±30°提升至±45°。
...【技术特征摘要】
1.双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：包括阵列设置的四个双频单元和两个高频单元，所述双频单元和高频单元均包括同一高频段，所述双频单元还包括低频段；
2.根据权利要求1所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：所述双频单元和高频单元均包括自上而下依次设置的第一天线介质层、粘合层、第二天线介质层、第一馈电介质层和第二馈电介质层。
3.根据权利要求2所述的双频段宽角扫描的毫米波阵列天线，其特征在于：所述双频单元和高频单元均包括有大辐射贴片和小辐射贴片，所述大辐射贴片位于所述第一天线介质层的上表面，所述小辐射贴片位于所述第一天线介质层的下表面。
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