[發(fā)明專利]一種用于毫米波通信系統(tǒng)的寬帶端射天線陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810252973.2
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108511924B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海明;尹杰茜;無奇;余晨;洪偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q23/00;H01Q1/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

本發(fā)明公開了一種用于毫米波通信系統(tǒng)的寬帶端射天線陣列。利用基片集成同軸線（SICL）設(shè)計(jì)功分網(wǎng)絡(luò)，選擇具有寬頻帶工作范圍的電磁偶極子天線作為輻射單元，并用平面L型探針激勵(lì)天線，實(shí)現(xiàn)了一種寬帶且高增益的天線陣列。本發(fā)明中的SICL寬帶功分網(wǎng)絡(luò)，相比基片集成波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功分網(wǎng)絡(luò)在毫米波頻段有更寬的工作帶寬，相比微帶線、共面波導(dǎo)傳輸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的功分網(wǎng)絡(luò)在毫米波頻段有更低的損耗。本發(fā)明中的端射天線陣列具有寬阻抗帶寬和輻射方向圖帶寬的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明利用基片集成同軸線(Substrate Integrated Coaxial Line,SICL)傳輸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)寬帶功分網(wǎng)絡(luò)，利用平面L型探針激勵(lì)電磁偶極子天線，發(fā)明了一種用于毫米波通信的寬帶端射天線陣列，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

天線是無線移動通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分。無線通信和雷達(dá)的快速發(fā)展，對體積小、成本低、高增益以及易集成的天線產(chǎn)生迫切需求。由于寬帶系統(tǒng)的需求，寬帶毫米波天線近年來被廣泛的研究。具有端射輻射特性的天線，由于其輻射方向平行于饋電網(wǎng)絡(luò)，所以相比前射天線，端射天線更容易與射頻電路進(jìn)行集成，也更容易設(shè)計(jì)多波束和高增益的天線陣列。

但由于饋電網(wǎng)絡(luò)帶寬和天線單元帶寬的限制，毫米波頻段的天線陣列的帶寬一般不超過40％。在毫米波頻段，合適的寬帶低損耗饋電網(wǎng)絡(luò)和易于多層印刷電路板(PrintedCircuit Board，PCB)加工集成的寬帶天線單元，是實(shí)現(xiàn)寬帶端射天線陣列的兩個(gè)關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明采用SICL技術(shù)，提供了一種可以滿足無線通信系統(tǒng)需要的、可應(yīng)用于微波毫米波頻段的、易于設(shè)計(jì)和加工、低剖面易于平面集成的寬帶低損耗的功分網(wǎng)絡(luò)；利用平面L型探針和功分網(wǎng)絡(luò)的輸出端口直接連接，激勵(lì)寬帶電磁偶極子天線，天線陣列和功分網(wǎng)絡(luò)位于相互垂直的兩個(gè)平面；利用適用毫米波頻段的寬帶低損耗的饋電網(wǎng)絡(luò)和寬帶的天線陣元，實(shí)現(xiàn)寬帶的毫米波寬帶端射天線陣列。

技術(shù)方案：一種用于毫米波通信系統(tǒng)的寬帶端射天線陣列，利用由SICL設(shè)計(jì)的寬帶低損耗的功分網(wǎng)絡(luò)、由平面L型探針激勵(lì)的電磁偶極子天線。

天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)，即功分網(wǎng)絡(luò)，利用SICL傳輸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成，SICL的主模TEM模為功分網(wǎng)絡(luò)的傳輸模式，設(shè)計(jì)中避免高次模的出現(xiàn)。功分網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)T型結(jié)和多個(gè)二項(xiàng)式阻抗變換器構(gòu)成。T型結(jié)采用圓弧轉(zhuǎn)角以降低損耗；阻抗變換器插入在不同級的T型結(jié)之間，避免多次功分后帶來高阻抗值的傳輸線。

天線陣列和功分網(wǎng)絡(luò)位于相互垂直的兩個(gè)平面，平面L型探針和功分網(wǎng)絡(luò)的輸出端口相連，與功分網(wǎng)絡(luò)共面。探針激勵(lì)電磁偶極子天線，實(shí)現(xiàn)能量平行于饋電網(wǎng)絡(luò)的傳遞和輻射。電磁偶極子天線的尺寸影響天線的工作頻率，平面L型探針的尺寸在一定程度上影響天線的工作帶寬。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于毫米波通信系統(tǒng)的寬帶端射天線陣列，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)該天線陣列采用SICL功分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行饋電，該SICL功分網(wǎng)絡(luò)與微帶線或基片集成波導(dǎo)(Substrate Intergrated Waveguide,SIW)功分網(wǎng)絡(luò)相比，具有更加寬的工作頻率。同時(shí)SICL功分網(wǎng)絡(luò)具有低損耗的優(yōu)異性能，且該結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)、易于集成、加工簡單。本發(fā)明的一分十六的功分網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)指標(biāo)：

1)|S₁₁|＜-15dB的相對帶寬：109.6％；

2)插入損耗13.4dB；

3)輸出的十六個(gè)端口之間功率差絕對值0.5dB

(2)該天線陣列采用的平面L型探針，避免了傳統(tǒng)毫米波頻段下L型探針的垂直互聯(lián)結(jié)構(gòu)，使L型探針的可控參數(shù)更多，天線帶寬得到進(jìn)一步的展寬。