[发明专利]具有宽波束的Q波段毫米波室内高速通信天线

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波通信系统综合涉及技术，尤其涉及一种具有宽波束覆盖、工作频带宽、可平面集成的室内高速通信天线。

背景技术

毫米波段具有丰富的频谱资源，因此毫米波通信可以较容易的获得宽频带、高数据速率和高信道容量等特性。目前，常规通信频段（<6GHz）的频谱资源已十分有限，工业、民用和商用均对频谱资源和高数据速率传输有着迫切的需求。这就使得开发利用毫米波频谱资源成为近年来全球无线通信研发的热点。2012年，由我国倡导并率先提出的中国毫米波通信标准获得国际电子电气工程师协会的许可并被确立为802.11aj（45GHz）标准。这一标准致力于开发45GHz频段（Q波段）频谱资源，用于长距和短距大容量、高数据速率通信。其中，43-47GHz频段被定义为室内短距无线通信应用。基于该频率的毫米波通信主要用于支撑室内各种无线终端与主干网的高速接入和互联。

针对45GHz室内短距无线通信的需求，相应的接入设备需要提供室内的全面覆盖，这就对接入天线提出了较高的要求。即天线在满足带宽和增益需求外，还需要具有极宽的波束（即3dB波束宽度）来实现有效的空间覆盖。按照我国常规房间大小进行如下计算（不失一般性）：设定常规起居室或会议室的极限尺寸为10米×10米（总面积100平方米），层高3米；当通信接入设备放置在起居室或会议室的天花板中央时，可以计算出空间覆盖角约为120°；因此，就需要接入设备的天线能够提供全空间120°的覆盖能力。针对更大的房间情况或房间宽度和高度比更大的情况，可以采用多接入点布局方式调整。目前，常规的天线形式基本无法满足在所有主切面内同时满足120°覆盖。因此，宽波束天线设计是毫米波室内通信系统的一个设计难点。

通信系统的高度集成设计能够有效减小系统的体积，降低因分立模块间转接引入的额外损耗和系统功耗，是当今通信系统发展的必然趋势。天线作为毫米波通信系统的重要部件，在设计过程中需要充分考虑与外部电路的互联和集成。基于印刷电路技术的天线形式具有先天与平面电路互联的优势，通过采用平面传输线作为天线馈线，可以实现与后级收发电路的自然过渡。常用的平面传输线形式有微带线、带状线等，在射频、微波频段有着大量应用。但在毫米波频段，微带线和共面波导具有较大的金属损耗和辐射损耗，这些损耗不仅恶化系统的性能，辐射损耗更会影响天线的辐射性能。因此，如何选取低损耗、无辐射的平面馈线形式，也是研制毫米波通信天线所必须解决的难点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种主要基于平面印刷电路技术实现的、具有宽波束覆盖特征（120°）的毫米波室内通信天线，利用特定夹角的印刷对称振子外加反射板调谐实现宽波束覆盖，采用基片集成波导作为馈线能够满足低损耗和平面集成的需求。此外，还提供了基片集成波导与金属波导、共面波导的转接形式，以供根据实际需求选取。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

具有宽波束的Q波段毫米波室内高速通信天线，包括辐射单元介质基片和馈线介质基片，所述辐射单元介质基片和馈线介质基片相连接；

所述辐射单元介质基片的上下两个表面分别印刷有一个L型折角的辐射单元金属带条，记两个辐射单元金属带条分别为上辐射单元金属带条和下辐射单元金属带条，所述上辐射单元金属带条和下辐射单元金属带条在辐射单元介质基片表面上的投影镜像对称且有一段相互重合、呈雨伞状分布，所述上辐射单元金属带条和下辐射单元金属带条构成夹角对称振子辐射结构；

所述馈线介质基片的上下表面分别印刷有一个金属层，记两个金属层分别为上金属层和下金属层，所述下金属层与馈线介质基片的下表面具有相同的尺寸，所述上金属层的尺寸小于馈线介质基片的上表面的尺寸；金属化通孔贯穿馈线介质基片及上金属层和下金属层，并将上金属层和下金属层电连通；

所述金属化通孔排布成两条相平行的直线形，与上金属层和下金属层共同围合成封闭的基片集成波导，所述基片集成波导与上辐射单元金属带条和下辐射单元金属带条电连接构成差分馈电结构，即上辐射单元金属带条与上金属层电连接，下辐射单元金属带条与下金属层电连接；

所述基片集成波导通过转接结构电连接，所述转接结构用于与标准金属波导互联。

优选的，所述上辐射单元金属带条与上金属层电连接的一端、在上金属层上压置有上矩形金属块，所述下辐射单元金属带条与下金属层电连接的一端、在下金属层上压置有下矩形金属块。