[發明專利]一種用于移動終端的雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線

在審

• 申請號: 202010044939.3
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111129717A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李慧;程一博;周長飛;劉琦
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01Q1/24
• 分類號: H01Q1/24;H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q21/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮

本發明公開了一種用于移動終端的雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線，屬于無線通信和天線技術領域。所述的雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線包括上層金屬、介質基板和下層金屬，射頻信號由下層金屬的微帶線起始端輸入，通過四排金屬化通孔構成的矩形腔室耦合到蝶形輻射開口，激勵起工作在28GHz處的諧振頻率。本發明剖面低、尺寸小，易于集成；本發明利用蝶形輻射開口，將兩種不同極化的天線實現共位設計，更加有效地利用了天線的物理尺寸，使得天線具有雙極化的優點，且隔離度較高；本發明采用的蝶形輻射開口與傳統的矩形開口相比，具有更好的增益，而與矩形背腔開口天線相比，蝶形輻射開口的阻抗變化更加平緩，帶寬更寬。

技術領域

本發明屬于無線通信和天線技術領域，尤其涉及一種用于移動終端的雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線。

背景技術

隨著移動通信用戶和終端數量的爆炸性增長以及社會生產生活對數據傳輸速率和通信質量要求的不斷提升，如何有效地擴大通信系統容量、降低多徑衰減、提高頻率利用率等問題，正成為第五代移動通信技術(5G)研究中的熱點。其中，毫米波通信正成為5G的熱門技術之一，其在天線技術方面的研究十分關鍵。毫米波通信面臨的主要問題是較大的路徑損耗，因而往往需要用到相控陣天線。在基站端，可利用的空間較大，因而，對天線尺寸的限制較小。相反地，在手機終端，受到空間的限制，需要相控陣天線實現低剖面、小型化。同時考慮到終端信號的入射方向是隨機的，天線要滿足較高的增益和較大的覆蓋率。不僅如此，入射信號的極化方式也是隨機的，為了保證較好的通信質量，往往要求終端天線具有雙極化特性，這些都對終端相控陣天線的設計提出了挑戰。

發明內容

本發明針對上述5G天線面臨的困難和挑戰，為提高和保證信息傳輸速率和通信系統容量，提出一種用于移動終端的雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線，并將雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線單元組成相控陣，集成于手機邊框中，實現雙極化、高增益、大覆蓋的使用效果。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種用于移動終端的雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線，所述的雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線包括上層金屬3、介質基板6和下層金屬5；所述的上層金屬3、下層金屬5和介質基板6為薄板結構，上層金屬3和下層金屬5印刷在介質基板6的兩個側面。

所述的上層金屬3上刻蝕蝶形輻射開口2，蝶形輻射開口2是由兩個蝴蝶結形狀開口相互正交而形成的；蝶形輻射開口2的四周設置多個正方形排列的金屬化通孔1，蝶形輻射開口2位于金屬化通孔1所圍成的正方形的中心，所有的金屬化通孔1均貫通上層金屬3、介質基板6和下層金屬5。

所述的下層金屬5的任一側邊刻蝕兩個矩形凹槽，矩形凹槽作為共面波導饋電結構，共面波導饋電結構中設置微帶線4，微帶線4與探針連接，用于激勵雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線。通過調節矩形凹槽的尺寸來改變雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線的阻抗，進而實現與微帶線4的阻抗匹配。兩個微帶線4之間的距離對雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線之間的隔離度至關重要，間距越大，隔離度越高。圖4可以看出，兩個正交天線之間的隔離度大于12dB。圖5的方向圖顯示，蝴蝶結形狀開口分別形成了±45°的線極化，其交叉極化分量小于-12dB，很好地實現了正交極化。

當對下層金屬5上的兩個微帶線4(端口1和端口2)分別饋電時，腔內會激勵起TE₁₂₀和TE₂₁₀兩個簡并模，進而使兩個相應的蝴蝶結形狀開口產生輻射以此來實現雙極化、寬帶毫米波背腔蝶形天線的雙極化。為了將絕大部分電磁波束縛在腔室內，同時又防止因金屬化通孔1過密而給加工帶來麻煩。

由于上述天線工作于28GHz的毫米波頻段，相較于微波，在空氣中的傳播損耗比較大。考慮到在手機終端的實際應用問題，為了補償路徑損耗，必須提高天線的增益，為此采用了將該天線合成1×4天線陣列的方式，將兩個1×4天線陣列放置于手機終端的兩個較長邊框，觀察到所述天線陣列具有體積小、集成度好、隔離度高、增益高、雙極化的優點。