[發(fā)明專利]具有濾波特性的平面集成毫米波串饋喇叭陣列

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110541596.6
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113363696B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金華燕;周樂凱;羅國清;范奎奎;代喜望
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/00
• 分類號: H01Q1/00;H01Q21/06;H01Q21/00;H01Q25/04;H01Q9/04;H01Q13/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明公開具有濾波特性的平面集成毫米波串饋喇叭陣列。本發(fā)明由階梯波導喇叭和背腔矩形貼片天線兩個組成部分：底層的背腔矩形貼片天線由基片集成波導腔產(chǎn)生的TE₂₁₀模與矩形貼片產(chǎn)生的TM₁₀模共同作用輻射出能量，以此激勵位于上層的階梯波導喇叭，階梯波導喇叭用于通過增加輻射孔徑來提高天線元件的增益。為了進一步提高增益，將其組成串饋陣列，并利用串饋的特點，引入一個輻射零點。該陣列天線具有低剖面、高集成度、寬帶、高增益、低成本等優(yōu)點，并且?guī)в幸欢ǖ臑V波特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線陣列結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有濾波特性的平面集成毫米波串饋喇叭陣列。

背景技術(shù)

5G通信作為如今通信領(lǐng)域的一個研究熱點，已經(jīng)引起了國內(nèi)外研究學者的廣泛關(guān)注。毫米波技術(shù)可以通過提升頻譜帶寬實現(xiàn)超高速無線數(shù)據(jù)傳輸，從而成為5G通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。而在毫米波頻段，以金屬材質(zhì)為主的傳統(tǒng)波導元器件漸漸暴露出其難以避免的弊端。它們大都體積較大，制造工藝也比較繁瑣復雜。基片集成波導(SIW)技術(shù)有效減小了毫米波波導系統(tǒng)的物理尺寸，也降低了制作成本，并且具有很多優(yōu)點，如低插入損耗、輻射小等。

隨著半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，有源器件在封裝技術(shù)的更新?lián)Q代下已經(jīng)實現(xiàn)了小型化甚至微型化，但無源器件的體積并未得到有效改善。通訊系統(tǒng)設(shè)備的小型化主要就是其內(nèi)部無源器件的小型化，也就是濾波器與天線的小型化，濾波器與天線是通信前端兩個重要器件，濾波器、天線的結(jié)合可以完成較好的濾波特性與阻抗的匹配，而且有效縮小射頻前端設(shè)備體積，應(yīng)用非常廣泛。

本發(fā)明基于基片集成波導饋電的背腔矩形貼片天線，在天線上集成了一個階梯波導喇叭。階梯波導喇叭可通過增加輻射孔徑大小來提高天線元件的增益。此外，為了進一步提高天線增益，并利用串饋陣列可以產(chǎn)生輻射零點的特點，將天線單元組成一個具有濾波特性的平面集成毫米波串饋喇叭陣列。該結(jié)構(gòu)不僅具有低成本、寬帶、高增益和易于共面集成的優(yōu)點，還帶有一定的濾波特性。

發(fā)明內(nèi)容

針對毫米波頻段毫米波技術(shù)應(yīng)用的熱點，以背腔天線和階梯波導喇叭集成設(shè)計并組成串饋網(wǎng)絡(luò)為出發(fā)點，本發(fā)明提出了一種工作在24.25GHz～26.7GHz頻段的具有濾波特性的平面集成毫米波串饋喇叭陣列，由階梯波導喇叭和背腔矩形貼片天線兩個組成部分：底層的背腔矩形貼片天線由基片集成波導腔產(chǎn)生的TE₂₁₀模與矩形貼片產(chǎn)生的TM₁₀模共同作用輻射出能量，以此激勵位于上層的階梯波導喇叭，階梯波導喇叭用于通過增加輻射孔徑來提高天線元件的增益。為了進一步提高增益，將其組成串饋陣列，并利用串饋的特點，引入一個輻射零點。該陣列天線具有低剖面、高集成度、寬帶、高增益、低成本等優(yōu)點，并且?guī)в幸欢ǖ臑V波特性。

具有濾波特性的平面集成毫米波串饋喇叭陣列，包括若干周期性分布的單元，所述每個單元包括：

階梯波導喇叭A，為在金屬塊內(nèi)挖出階梯型喇叭狀通孔；階梯波導喇叭A較小開口位于下端，其口徑大小對阻抗匹配有一定的影響；

背腔矩形貼片天線B，位于階梯波導喇叭A的下方，由介質(zhì)板S、矩形貼片P、方形槽V1、一個基片集成波導W以及一個與基片集成波導連通的基片集成波導腔V2構(gòu)成；介質(zhì)板S的上表面開有位于階梯波導喇叭A正下方的方形槽V1，且該方形槽V1位于基片集成波導腔V2內(nèi)；方形槽V1內(nèi)鋪設(shè)矩形貼片P，且矩形貼片P與方形槽V1留有一定距離；

所述基片集成波導腔V2與基片集成波導W連接處設(shè)有兩個貫穿介質(zhì)板S的金屬化通孔M1，用于調(diào)節(jié)阻抗匹配；

所述矩形貼片P的中心設(shè)有一個用于抑制腔內(nèi)TE₁₁₀模的貫穿介質(zhì)板S的金屬化通孔M2；