[發明專利]適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣

在審

• 申請號: 201710022697.6
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106898882A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 朱劍鋒;鄧力;李書芳;張貫京;葛新科;高偉明;張紅治
• 申請（專利權）人: 深圳市景程信息科技有限公司
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/52
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技術領域

本發明涉及微波通信技術領域，尤其涉及一種適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣。

背景技術

隨著5G的興起，在毫米波頻段，特別是60GHz頻段，由于通信系統具有更高速的數據傳輸速率以及大的傳輸容量而被學者廣泛研究。然而，60GHz頻段處于大氣吸收峰，所以路徑損耗非常大。為了應對此問題，必須使用高增益的天線來彌補路徑損耗。然而對于高增益天線，由于其高的定向性，使得其波束覆蓋范圍有限，為了同時獲得高的增益同時波束又能覆蓋較廣的范圍，多波束天線是一個好的選擇。但是，傳統的1×4多波束貼片天線陣增益較低，原因是一方面由于使用微帶線作為饋電網絡，損耗較大；另一方面是由于表面波的存在，表面波在介質表面來回反射，很難輻射出去，導致天線口徑效率低下。

發明內容

本發明的主要目的提供一種適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣，旨在解決現有的多波束貼片天線陣增益較低的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣，包括輻射貼片天線以及波束成型饋電網絡，所述輻射貼片天線由上層基板和下層基板組成，所述波束成型饋電網絡包括四個輸入端、四個定向耦合器、兩個45°移相器、兩個0°移相器及四個輸出端，其中：

所述上層基板的上表面間隔設置有四個天線單元，所述四個天線單元的四周采用多個金屬化過孔圍成一個金屬腔；

所述下層基板設置有四路基片集成波導，每一路基片集成波導由多個金屬化過孔圍成，所述四路基片集成波導設置有所述輻射貼片天線的四個輸入端；

所述輻射貼片天線的四個輸入端各自對應連接至所述波束成型饋電網絡的四個輸出端；

當所述波束成型饋電網絡的四個輸入端輸入四路電磁波束激勵時，所述波束成型饋電網絡的相鄰輸出端的相位相差分別為45度、135度、-135度和-45度。

優選地，所述上層基板和下層基板層疊粘合在一起，所述上層基板的厚度為60GHz介質波的四分之一波長。

優選地，所述天線單元由交叉型輻射貼片構成并間隔印刷在所述上層基板的上表面，每兩個天線單元之間的間距為3mm。

優選地，所述天線單元由位于該天線單元底下的縫隙進行電磁波的耦合與激勵。

優選地，所述金屬腔的大小為長13mm、寬5mm，用于抑制表面電磁波的傳播。

優選地，所述波束成型饋電網絡為一種基于基片集成波導的Butler矩陣實現的Butler矩陣饋電網絡。

優選地，所述波束成型饋電網絡的兩個輸入端作為第一定向耦合器的兩個輸入端，第一定向耦合器的第一輸出端連接至第一45°移相器的輸入端，第一定向耦合器的第二輸出端連接至第四定向耦合器的輸入端。第一45°移相器的輸出端連接至第二定向耦合器的第一輸入端，第二定向耦合器的第一輸出端連接至第一0°移相器的輸入端，第一0°移相器的輸出端連接至波束成型饋電網絡的第一輸出端，第二定向耦合器的第二輸出端連接至波束成型饋電網絡的第三輸出端。

優選地，所述波束成型饋電網絡的另外兩個輸入端作為第三定向耦合器的兩個輸入端，第三定向耦合器的第一輸出端連接至第二45°移相器的輸入端，第三定向耦合器的第二輸出端連接至第二定向耦合器的第二輸入端。第二45°移相器的輸出端連接至第四定向耦合器的第二輸入端，第四定向耦合器的第一輸出端連接至第二0°移相器的輸入端，第二0°移相器的輸出端連接至波束成型饋電網絡的第四輸出端，第四定向耦合器的第二輸出端連接至波束成型饋電網絡的第二輸出端。

相較于現有技術，本發明所述適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣采用上述技術方案，達到了如下技術效果：通過加入背腔式結構有效抑制表面電磁波提高天線增益，以及使用厚度為60GHz介質波的四分之一波長的介質板作為上層基板，使得天線陣與傳統貼片天線相比能夠獲得更高的增益，特別適用于高路徑損耗的毫米波通信。

附圖說明

圖1是本發明適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣優選實施例的平面結構示意圖；

圖2是本發明適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣中的波束成型饋電網絡優選實施例的電路示意圖；

圖3是本發明適用于毫米波通信的多波束背腔式高增益天線陣的實測天線增益示意圖。

本發明目的實現、功能特點及優點將結合實施例，將在具體實施方式部分一并參照附圖做進一步說明。

具體實施方式