[发明专利]一种适用于5G毫米波通信的紧凑型渐变缝隙阵列天线

说明书

技术领域

本发明属于毫米波天线技术领域，具体涉及一种适用于5G毫米波通信的紧凑型渐变缝隙阵列天线。

背景技术

目前，第五代移动通信系统(5G)发展迅速，毫米波技术成为5G研究的热点之一。天线作为通信系统的重要和关键的组成部分，促使研究人员对毫米波天线研究工作越来越丰富。基片集成波导(SIW)，得益于其在毫米波频段较小的传输损耗、封闭的传输场、方便简单的加工工艺，是毫米波系统中常用的传输线之一。另一方面，渐变缝隙天线(TSA)工作带宽宽，低剖面，增益高，方向图调控方便，也被广泛应用到各类无线通信系统中。对于5G毫米波通信系统的应用场景，应当尽可能实现天线的宽带、结构紧凑、高增益等特性，因此天线设计也面临技术挑战。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于5G毫米波通信的紧凑型渐变缝隙阵列天线。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种适用于5G毫米波通信的紧凑型渐变缝隙阵列天线，包括上层金属层、下层金属层、介质板材以及若干金属过孔，所述上层金属层和下层金属层分别刻蚀在介质板材的正反面上形成金属层，所述金属过孔位于介质板材上并且分别连接着上层金属层和下层金属层，所述金属层由微带转SIW结构、一分八T型SIW功分器以及八个TSA天线单元组成，所述一分八T型SIW功分器的输入端连接着微带转SIW结构，所述一分八T型SIW功分器具有八个输出端口，所述八个输出端口分别连接着八个TSA天线单元，所述微带转SIW结构的微带线连接着西南微波2.4mm接头，所述西南微波2.4mm接头固定在介质板材上。

进一步地，所述一分八T型SIW功分器的SIW宽度接近1/2波导波长，使得相邻输出端口的相位差为180度。

进一步地，所述8个TSA天线单元中每个TSA天线单元的左右辐射片各有8个梳状齿缝隙。

进一步地，所述TSA天线单元中每侧的辐射片的8个梳状齿缝隙宽度相同呈等间距分布，且长度呈等差数列分布。

进一步地，所述一分八T型SIW功分器内设置有9个第一类金属过孔和12个第二类金属过孔，第一类金属过孔用于调谐功分器输入和输出，第二类金属过孔用于控制分配给各输出端口的能量大小。

进一步地，所述12个第二类金属过孔分别两两设置在6个输出端口处，所述位于两侧的2个输出端口没有设置第二类金属过孔。

进一步地，所述8个TSA天线单元中除了位于中间的2个TSA天线单元外，对于其余6个TSA天线单元，相邻的两个单元的上下两层金属层位置相反印刷，对于一分八T型SIW功分器，其相邻的两个输出端口的相位相反(相差180度)，除了最中间两个端口的相位是相同的(相位差0度)，由对称关系能够看出相位相同，对于相位相反的端口，两个TSA天线单元的左右两片需要相反放置。例如：第一个TSA单元的左侧辐射片在介质板的上层，右侧辐射片在底层金属层，那么第二个TSA单元的左侧辐射片在介质板的底层，右侧辐射片在上层金属层，这样两个单元在远场的辐射叠加，否则会相互抵消，不产生辐射。

进一步地，所述西南微波2.4mm接头通过两个螺钉固定在板材上。

进一步地，所述微带转SIW结构设置有微带过渡部分，将50欧姆的微带线过渡到SIW传输线，微带过渡部分的长度为中心频率(42GHz)的四分之一波长，所述微带过渡部分作用为实现阻抗匹配。

本发明的设计原理：利用中心频率(42GHz)的四分之一波长的微带结构，50欧姆的微带线过渡到SIW传输线，微带过渡部分的长度为中心频率(42GHz)的四分之一波长，一分八T型SIW功分器的SIW宽度近似为波导波长的二分之一，使相邻两个输出端口的相位差为180度。通过在TSA单元上刻蚀长度不一的缝隙，增加天线表面电流的路径，从而实现天线的小型化、紧凑型结构。通过对TSA左右辐射贴片在介质板材上下层金属的分布和设计，使得相邻TSA单元的辐射在远场叠加。

有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：

1、天线结构紧凑，能够有效节约安装空间；

2、由于TSA单元的宽带属性，天线带宽较宽，带宽远大于所需40.5～43.5GHz频率范围；

3、由于渐变缝隙阵列天线结构简单，由2.4mm微波接头直接馈电，方便设计和安装。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明上层金属层示意图；

图3为本发明下层金属层示意图；

图4为本发明回波损耗图；