[發明專利]用于毫米波頻段的基片集成天線及其陣列天線

有效

• 申請號: 201310598107.6
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103594779A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 程鈺間;王磊;吳杰;黃偉娜
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q5/01;H01Q21/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術領域

本發明涉及微波毫米波天線技術領域，具體涉及一種用于毫米波頻段的基片集成天線及其陣列天線。

背景技術

在各種無線通信系統中，信息的發射與接收均依賴于天線。無線移動通信技術的發展，要求微波毫米波通信天線在保證電氣性能的同時，盡可能實現平面化、高增益、寬頻帶或多頻帶等特性。

傳統天線實現形式主要有兩種：波導類立體結構天線和微帶類平面結構天線。波導類天線具有損耗低等優良特性，但是體積大、重量重、成本高、不利于和平面電路集成。微帶類天線具有易于加工、低剖面、易于和平面電路集成等優點，但是電磁輻射強、損耗大。這兩類天線有各自優點，但是也有不可避免的缺點，在實際應用中，有很多局限性。

基片集成波導作為一種新的傳輸線，結合了波導類和微帶類的優良特性，平面化、損耗小、易于加工和集成。由于這些優良特性，基片集成波導在天線設計中，有著廣泛應用。由于傳統基片集成波導天線的增益與帶寬矛盾難以解決，近年來多層電路結構成為了毫米波基片集成陣列天線的高增益寬帶應用的最佳選擇之一。

例如，有文獻提出了兩種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線。第一種結構為包含三層介質層和三層金屬覆銅層的陣列天線，下層金屬覆銅層、中層金屬覆銅層和下層介質層構成基片集成波導功分器和縱向縫隙耦合饋電網絡，上層金屬覆銅層為圓形貼片輻射單元，中層介質層為上層金屬覆銅層中貼片輻射單元提供支撐，上層介質層為增大陣列增益的立體塊狀介質。第二種陣列天線與第一種陣列天線在功分器和饋電網絡形式上相同，只是第一種陣列天線的上層介質層中的立體塊狀介質變化為包含圓環的類似八木天線的四層介質。上述結構中每一層介質材料均需采用昂貴的高頻板以滿足天線在毫米波頻段高效率的要求；而介質層的厚度與工作波長相關，選擇受到制約；采用了串聯縫隙饋電，單元數目越多，縫隙數目越多，工作帶寬越窄，從而導致該結構難以實現大陣列高增益應用時的寬帶需求；饋電結構面積較大，不利于小型化，增加成本。

又如，還有文獻提出了第三種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線。該結構包含三層金屬覆銅層和兩層介質層，下層金屬覆銅層、中層金屬覆銅層和下層介質層構成基片集成波導功分器和縱向縫隙耦合饋電網絡，上層金屬覆銅層為圓形貼片輻射單元，上層介質層為上層金屬覆銅層中貼片輻射單元提供支撐。第三種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線采用與前兩種可適用于毫米波頻段的基片集成陣列天線類似的饋電網絡，從而導致該結構難以實現大陣列高增益應用時的寬帶需求。

因此，現有的用于毫米波頻段的基片集成陣列天線沒有很好的解決高增益和寬頻帶或多頻帶之間的矛盾，要同時實現陣列天線平面化、高增益、寬頻帶或多頻帶等特性，困難較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種在高增益應用時能夠實現寬頻/多頻特性的用于毫米波頻段的基片集成天線。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：該用于毫米波頻段的基片集成天線，包括從上往下依次層疊設置的第一金屬覆銅層、第一介質層、第二金屬覆銅層、第二介質層和第三金屬覆銅層，所述第一介質層上設置有輻射單元，所述輻射單元包括設置在第一介質層上的輻射通孔并且所述輻射通孔貫穿第一金屬覆銅層、第一介質層；所述第二介質層上設置有耦合饋電單元，所述耦合饋電單元包括第一基片集成波導單元和饋電單元，在第二介質層上設置U形金屬化通孔陣列并且所述U形金屬化通孔陣列貫穿第二金屬覆銅層、第二介質層和第三金屬覆銅層形成所述第一基片集成波導單元，所述U形金屬化通孔陣列包括兩排平行于第一基片集成波導單元中心線的金屬化通孔和一排垂直于第一基片集成波導單元中心線的金屬化通孔，所述饋電單元包括兩條設置在第二金屬覆銅層上并且平行于第一基片集成波導單元中心線的縫隙，分別為第一縫隙、第二縫隙，第一縫隙的長度小于第二縫隙的長度，第一縫隙、第二縫隙位于U形金屬化通孔陣列圍成的U形空間內并且位于輻射通孔下方，第一縫隙與第一基片集成波導單元中心線之間的距離和第二縫隙距離第一基片集成波導單元中心線的距離不相同。

進一步的是，所述輻射通孔的橫截面為圓形。