[發明專利]一種寬角掃描的毫米波陣列天線

有效

• 申請號: 202110318118.9
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113517560B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 何宇奇;呂思涵;趙魯豫;劉鋒
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/52
• 分類號: H01Q1/52;H01Q1/00;H01Q3/00;H01Q21/06;H01Q1/48
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴;曹前

本發明公開了一種寬角掃描的毫米波陣列天線，包括：輻射天線陣列和周期性金屬覆層結構；輻射天線陣列包括至少一個寬帶諧振的天線單元；周期性金屬覆層結構設置在輻射天線陣列的上方，是由相同介電常數的介質層和周期性排列的金屬圖案組成的夾雜材料；周期性金屬覆層結構與輻射天線陣列之間保持一定距離。通過在輻射天線陣列上方設置周期性金屬覆層結構，調節覆層結構距離陣列天線的高度和周期性金屬材料的特性，可以極大程度的展寬天線單元的輻射方向圖，以提高整個天線陣列的波束掃描角度，同時也提升了天線單元之間的隔離度和天線陣列的增益；同時，天線的設計工藝簡單，成本較低，結構穩定，加工技術成熟，良品率高，適合大規模量產。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種寬角掃描的毫米波陣列天線。

背景技術

應用的毫米波技術是學術界和行業的熱門話題，在2019世界無線電通信大會（WRC-19），為國際移動通訊（IMT）確定了一個全球統一的毫米波頻段，目前全球主要的5G毫米波頻段為24.25-27.5GHz，37-43.5GHz，45.5-47GHz，47.2-48.2GHz和66-71GHz。在移動終端中，由于Sub-6GHz天線以及金屬擋板和屏幕的存在，毫米波陣列的空間非常有限，因此，對毫米波段寬掃描角、小型化的天線陣列提出了更高的要求。

隨著移動通信領域毫米波頻段的劃分，越來越多的學者開始設計毫米波天線，但是由于毫米波天線單元的局限性，并不能很好的滿足通訊領域的需求，所以需要將單元天線組陣，隨著陣列天線的引入，在移動終端通信里，天線陣列的相掃能力成為一個重要的技術指標；由于簡單的陣列天線并不能滿足毫米波終端對寬角掃描的需求，所以現在的毫米波陣列天線會采取不同的方法來提高相掃角度。為了實現寬角掃描性能，有兩個關鍵因素：較小的單元間距和較寬的單元方向圖，所以這就要求在陣列天線中元件間距都必須相對較小，否則在掃描時會產生光柵波瓣，但是較小的間距就會產生天線單元間的耦合現象，就會導致陣列天線性能的惡化，如何在較小體積內實現陣列天線寬角掃描成為設計毫米波陣列天線所重視的問題。

發明內容

本發明目的是：提供一種寬角掃描的毫米波陣列天線，在較小體積內實現陣列天線寬角掃描。

本發明的技術方案是：一種寬角掃描的毫米波陣列天線，包括：輻射天線陣列和周期性金屬覆層結構；所述輻射天線陣列包括至少一個寬帶諧振的天線單元；所述周期性金屬覆層結構設置在所述輻射天線陣列的上方，是由相同介電常數的介質層和周期性排列的金屬圖案組成的夾雜材料；所述周期性金屬覆層結構與所述輻射天線陣列之間保持一定距離。

通過在輻射天線陣列上方設置周期性金屬覆層結構，由于周期性金屬覆層結構是由相同介電常數的介質層和周期性排列的金屬組成的夾雜材料，這種夾雜材料在極寬的頻率范圍內，有效介電常數比輻射天線陣列的主基板大得多，通過調節覆層結構距離陣列天線的高度和周期性金屬材料的特性，可以極大程度的展寬天線單元的輻射方向圖，以提高整個天線陣列的波束掃描角度，同時也提升了天線單元之間的隔離度和天線的增益，可以以較小的尺寸同時實現高隔離度和寬角掃描性能；同時，天線的設計工藝簡單，成本較低，結構穩定，加工技術成熟，良品率高，適合大規模量產。

其進一步的技術方案是：所述周期性排列的金屬圖案包括周期排列的方形金屬片。

方形金屬片的結構制作簡單，周期性排列的方形金屬片可以展寬天線單元的輻射方向圖，提高天線增益，提升天線單元之間的隔離度，從而縮進天線單元之間的距離。

其進一步的技術方案是：所述天線單元設計為E形結構。

天線單元采用E形結構，通過在天線單元上刻槽的方法，改變了電流的走向，極大程度的展寬了天線的帶寬，使其能覆蓋毫米波頻段較寬的帶寬。

其進一步的技術方案是：所述輻射天線陣列的下部依次包括第一介質基板、第一金屬地層、第二介質基板、第二金屬地層；所述第二介質基板上開設有金屬化通孔；所述第二金屬地層用于焊接測試接頭，所述測試接頭用于連接測試設備。