[發明專利]一種具有高增益低旁瓣電平特性的毫米波陣列天線

在審

• 申請號: 202111571830.6
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114204285A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 馬文宇;曹文權;張邦寧;王闖;李丹華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H01Q21/06
• 分類號: H01Q21/06;H01Q21/00;H01Q1/24;H01Q1/00
• 代理公司: 北京力量專利代理事務所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 王鴻遠

一種具有高增益低旁瓣電平特性的毫米波陣列天線，包括GCPW饋電結構、一分四功分器和四元基于SIW諧振腔TE₄₄₀模的縫隙漏波天線陣；沿下層介質板長度方向的上、下表面分別覆蓋下金屬面、金屬地，下金屬面刻蝕有四組周期排列的耦合縫隙對及GCPW饋電結構；一分四功分器對稱地置于下層介質板上，沿上層介質板的外周均勻刻蝕一組金屬化通孔；四元基于SIW諧振腔TE₄₄₀模的縫隙漏波天線陣位于上層介質板，上層介質板刻蝕有四組周期排列的金屬化通孔陣。本發明采用GCPW側面饋電實現對平面天線的有效激勵，饋電形式簡單，實現了具有超低旁瓣電平的高增益特性，在未來5G移動通信、衛星通信、毫米波通信等系統中具有潛在的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種縫隙漏波天線，尤其是一種具有高增益低旁瓣電平特性的毫米波陣列天線。

背景技術

大系統容量、高數據率、低延遲和大規模設備連接是第五代（5G）移動通信技術的性能目標。和日益擁擠的6GHz以下的頻段相比，5G毫米波（mmW）頻段具有更豐富的頻譜資源和可用區域。但是毫米波天線存在傳輸損耗大、結構尺寸小、加工精度高及加工成本高等缺點。

在高增益毫米波天線的設計過程中，一般來說，陣元數越多，增益越高，然而饋電網絡就越復雜，傳輸損耗就越大。如果可以采用一款“大”的天線單元能同時代替多個傳統單元的輻射效果，則可以減少單元數量，從而簡化饋電網絡，減少饋電損耗。因此，電大（ELP）尺寸天線的概念得以提出。電大尺寸天線突破了傳統諧振天線尺寸（半波長）的限制，天線尺寸能超過一個波長，甚至多個波長。

然而，當天線單元尺寸大于半個工作波長時，陣元間距增大，將會導致天線陣逐漸產生高的旁瓣電平。高旁瓣電平的產生將會抑制天線的工作效率，降低通信質量。因此，研究具有低旁瓣電平的高增益毫米波天線陣就顯得十分有意義。

因此，如何設計上述高性能的天線，成為新的關注點。雖然可以采用不同的方法實現高增益毫米波天線，但是既要降低復雜傳輸線帶來的損耗，又要實現低旁瓣特性，對天線設計提出了苛刻的要求。特別是要保證結構的緊湊性，又要實現單元之間的低互耦特性，成為了天線工程師們亟待解決的難題。

發明內容

發明目的：一種具有高增益低旁瓣電平特性的毫米波陣列天線，以解決現有技術的問題。

技術方案：一種具有高增益低旁瓣電平特性的毫米波陣列天線，包括上下兩層介質板、GCPW饋電結構、一分四功分器和四元基于SIW諧振腔TE₄₄₀模的縫隙漏波天線陣；

沿下層介質板長度方向的上、下表面分別覆蓋下金屬面、金屬地，下金屬面刻蝕有四組周期排列的耦合縫隙對及GCPW饋電結構；一分四功分器對稱地置于下層介質板上，沿上層介質板的外周均勻刻蝕一組金屬化通孔；四元基于SIW諧振腔TE₄₄₀模的縫隙漏波天線陣位于上層介質板，上層介質板刻蝕有四組周期排列的金屬化通孔陣，上層介質板上表面覆蓋上金屬面，上金屬面刻蝕有四組4×4元縫隙陣；

所述上層介質板下側中央位置刻蝕一塊凹槽，用于放置End Launch連接器，實現GCPW側面饋電；

所述上、下兩層介質板對正放置，周圍對應刻蝕一組圓形空氣化通孔，用于塑料螺釘固定疊放。

優選的是，本發明的上下兩層介質板為同種介質基板，相對介電常數2.2，損耗角正切0.0009，長度均為112.1mm，寬度均為63.4mm，上、下兩層介質板的厚度分別為1mm、0.5mm。所述的上層介質板下側中央位置刻蝕凹槽的尺寸為20mm×6mm。