[發明專利]一種高效率濾波天線陣列及通信設備

有效

• 申請號: 202111118032.8
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113571893B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 馮文杰;程俊淇;施永榮;倪嘯宇;伍文斌;車文荃;薛泉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;人工智能與數字經濟廣東省實驗室（廣州）
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q21/00;H01Q21/06
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發明公開了一種高效率濾波天線陣列及通信設備，包括至少一個天線陣列，每個天線陣列包括上中下三層，上層設置輻射層，中間層設置脊間隙波導饋電網絡層及下層設置脊間隙波導濾波饋電網絡層。本發明將濾波結構與饋電網絡結合，實現了緊湊的濾波饋電網絡形式，整個天線陣列體積小，集成度高，饋電網絡實現了帶通濾波特性，在通帶內實現了高天線增益和輻射效率。

技術領域

本發明涉及毫米波集成天線陣列，具體涉及一種高效率濾波天線陣列及通信設備。

背景技術

通信系統的快速發展，人們對高性能、小型化、集成度高的設備需求不斷增長。天線作為通信系統的收發組件，高增益小型化一直是學者關注的熱點。通信設備中，濾波器也是不可或缺的組件。將濾波器和天線陣列集成在一起，可以縮小了通信設備的尺寸。近年來，由于間隙波導技術具有良好的傳輸性能，插入損耗低和加工裝配簡單，受到人們廣泛關注。基于間隙波導技術的饋電網絡被廣泛用于天線陣列的設計中。

在文獻1（A. Vosoogh, M. S. Sorkherizi, A. U. Zaman, J. Yang and A. A.Kishk, An Integrated Ka-Band Diplexer-Antenna Array Module Based on GapWaveguide Technology With Simple Mechanical Assembly and No ElectricalContact Requirements, in IEEE Trans. Microw. Theory Tech, vol. 66, no. 2,pp. 962-972, Feb. 2018.）中記載，間隙波導技術最早由P. S. Kildal 教授提出，間隙波導包括脊間隙波導、槽間隙波導和微帶間隙波導技術。由于脊間隙波導技術可以傳播TEM模，所以應用范圍更加廣泛。脊間隙波導包括互相平行的上下兩層金屬板，一塊金屬板表面光滑，另一塊金屬板上布有金屬脊線和圍繞在金屬脊線周圍的金屬銷釘，表面光滑的金屬板在金屬脊線和金屬銷釘的上方，且間隔一定距離的空氣間隙。電磁波在空氣間隙中傳播，降低了傳輸損耗，而且由于不需要良好的電接觸，加工簡單且方便裝配。

由于傳統的波導濾波器體積龐大，加工難度大且不利于集成，基于槽間隙波導技術的濾波器開始被研究，例如文獻2（Rezaee, M., A. U. Zaman , and P. S. Kildal, Agroove gap waveguide iris filter for V-band application. 2015 23rd IranianConference on Electrical Engineering (ICEE) IEEE, 2015.）記載槽間隙波導可以傳播TE₁₀模，與矩形波導的傳播模式相同，所以可以代替傳統的矩形波導用于濾波器結構的設計。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明的首要目的是提供一種高效率濾波天線陣列，具體采用脊間隙波導的毫米低損耗饋電網絡，降低了傳輸損耗，而且將基于槽間隙波導的功分濾波網絡與脊間隙波導饋電網絡級聯，縮小了濾波天線陣列的整體尺寸；采用上下兩層饋電網絡結構，避免了復雜的單層饋電網絡的，縮小了天線陣列的平面尺寸，提高天線陣列的輻射效率。

本發明的另一個目的是提供一種通信設備。

本發明采用如下技術方案：

一種高效率濾波天線陣列，包括至少一個天線陣列，所述天線陣列包括上中下三層：

上層設置輻射層，包括介質基板，所述介質基板的上表面設置呈陣列排布的N個天線單元，每個天線單元包括2×2個矩形微帶貼片，具有一分四結構的微帶線分別與四個矩形微帶貼片連接，進行等幅同相饋電，所述介質基板的下表面設置金屬地板，金屬地板設置N個金屬通孔；

中間層設置脊間隙波導饋電網絡層，包括金屬頂板及與天線單元個數相同的金屬探針及短金屬脊，所述金屬頂板的上表面設置短金屬脊，所述短金屬脊通過設置在其上方的金屬探針，穿過金屬通孔與具有一分四結構的微帶線連接；