[發明專利]一種毫米波雙頻雙極化疊層貼片天線陣列

在審

• 申請號: 202211323315.0
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115528427A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 李慧;呂松釗;柳傳浩
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01Q1/52
• 分類號: H01Q1/52;H01Q1/24;H01Q1/38;H01Q5/50;H01Q21/24
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

一種毫米波雙頻雙極化疊層貼片天線陣列，天線陣列由多個結構相同的毫米波雙頻雙極化疊層貼片天線單元等間隔排布于金屬地板表面而成。天線單元包括低頻環形金屬貼片、高頻蝶形金屬貼片、金屬地板、上下層介質基板和兩個饋電結構。環形金屬貼片位于上層基板上表面，用于產生低頻諧振；蝶形金屬貼片位于下層基板上表面，用于產生高頻諧振；下層基板放置于金屬地板上。兩個饋電結構分別貫穿金屬地板、兩層介質基板，安裝后，兩個饋電單元與各層預設的通孔同軸，且與通孔內壁之間不接觸。本發明提供的兩層金屬貼片均采用電容耦合方式進行饋電，電容耦合饋電可以抵消正交同軸饋電所引入的額外電感，能夠實現雙頻、雙極化工作。

技術領域

本發明屬于5G無線通信和天線技術領域，涉及一種雙頻雙極化的毫米波通信疊層貼片天線陣列。

背景技術

近幾年，隨著蜂窩網絡技術的飛速發展，其數據流通量呈指數態勢增加。毫米波通信技術由于其大帶寬、高速率、低延遲，逐步應用于智能手機終端。目前全球主要授權5G毫米波段分別為n257 (26.5-29.5 GHz)、n258 (24.25-27.5 GHz)、n260 (37.0-40.0 GHz)和n261 (27.5-28.35 GHz)。由于智能手機支持的功能日趨復雜，其天線數量也不斷增加，為毫米波提供的空間更是十分有限。手機的金屬框架也給天線的設計帶來了諸多挑戰。

對于毫米波而言，由于傳播鏈路的損耗較大，因而需要天線具備較高的增益。與此同時，終端天線還需要較寬的覆蓋范圍，高增益與寬掃描角的兼顧為天線設計帶來挑戰。此外，由于視距傳輸（LOS）的限制，毫米波通信很容易出現極化失配，因而雙極化特性對于毫米波天線尤為重要。如何設計一款體積小，高增益、寬角掃描、雙極化、高效率的毫米波手機天線有著十分重要的意義。

本發明通過設計兩層輻射貼片，通過電容耦合饋電，實現毫米波雙頻雙極化天線單元，實現了端口間的高隔離度。低頻和高頻兩個諧振點可以分別通過調整上層和下層金屬貼片的尺寸來實現。并用該天線單元設計的1×4線陣，實現了±45°的寬角掃描。

發明內容

本發明為了解決毫米波終端天線小型化、大帶寬、高增益、寬掃描角難以兼顧的問題，設計一種應用于移動設備終端的毫米波天線陣列。通過電容耦合饋電的疊層貼片天線，實現雙頻段、雙極化，保證正交極化天線之間的隔離度。并用此天線單元組成的1×4線陣實現寬陣列掃描角度。

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毫米波雙頻雙極化疊層貼片天線陣列，所述天線陣列由多個結構相同的毫米波雙頻雙極化疊層貼片天線單元等間隔排布于金屬地板3表面而成。所述的毫米波雙頻雙極化疊層貼片天線單元主要包括低頻環形金屬貼片1、高頻蝶形金屬貼片2、金屬地板3、上層介質基板4、下層介質基板5和饋電結構，其中饋電結構包括+45度饋電單元6、-45度饋電單元7。

所述的環形金屬貼片1位于上層介質基板4的上表面，蝶形金屬貼片2位于下層介質基板5的上表面，下層介質基板5放置于金屬地板3上。為了避免上層金屬貼片1阻擋下層高頻蝶形金屬貼片2的正常輻射，環形金屬貼片1為一方形環狀結構；蝶形金屬貼片2通過對矩形貼片的4個直角處倒角得到，此類結構可以實現較大的工作帶寬。所述蝶形金屬貼片2的四個端角與方形環狀結構的四邊中心位置對應，且上層環形金屬貼片1和下層蝶形金屬貼片2的中心點能夠重合。所述的環形金屬貼片1用于產生低頻諧振，可以通過調整貼片1的尺寸大小來調整工作頻率；金屬貼片2用于產生高頻諧振，可以通過調整其矩形貼片和倒角的尺寸大小來調整高頻的工作頻率。