[发明专利]一种适用于5G毫米波通信的高增益渐变缝隙阵列天线

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毫米波通信的高增益渐变缝隙阵列天线。

背景技术

当前移动通信业务发展迅猛，第五代通信系统(5G)的研究工作正在火热研究中。目前来看，5G系统的频段将包括高低两个频率部分，高频段即毫米波波段的天线，是当前5G研究的重点领域。天线的带宽和小型化等特性是天线设计关心的内容。天线的增益要求因使用的环境与场合而异，增益越大，传输距离越远。而且较高增益的天线，对于提高系统的覆盖范围和抗干扰能力有相应帮助。渐变缝隙天线(TSA)因其宽带、高增益的特性被广泛应用于各类通信场景。另外，毫米波频率时，便于加工且传输性能优良的基片集成波导(SIW)适合作为天线单元的馈电形式。对于新型应用场景，需要在给定的小空间尺寸的约束条件下，实现天线的宽带和高增益等性能，天线设计已经成为该应用系统实现中的一个难题。

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40.5～43.5GHz的高增益渐变缝隙阵列天线。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种适用于5G毫米波通信的高增益渐变缝隙阵列天线，包括上层金属、板材、下层金属，所述上层金属和下层金属叠合在一起形成金属层，所述上层金属和下层金属刻蚀在板材上，所述金属层由微带转SIW结构、一分八T型SIW功分器、二阶感性窗和TSA天线单元组成，所述一分八T型SIW功分器连接着微带转SIW结构，所述一分八T型SIW功分器具有8个输出端口，所述二阶感性窗的数量为8个分别位于8个输出端口处，所述二阶感性窗连接着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8固定在板材上。

进一步地，所述8个TSA天线单元中每个TSA天线单元10的两侧各有8个梳状齿缝隙。

进一步地，所述8个梳状齿缝隙呈等间距分布且长度呈等差数列分布。

进一步地，所述8个二阶感性窗的SIW传输线上均设置有4个第一金属过孔。

进一步地，所述32个第一金属过孔相互之间的距离各不相同，通过对距离的优化，以达到对相位进行调整，使8个输出端口尽量接近交叉反相。

进一步地，所述一分八T型SIW功分器内设置有9个第二金属过孔用于调谐匹配。

进一步地，所述8个输出端口的其中6个在相对应的二阶感性窗之前各设置有2个第三金属过孔用于控制进入输出端口的能量的幅度大小。

进一步地，所述8个输出端口中位于两侧的2个输出端口没有设置第三金属过孔。

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。

本发明的设计原理：由于一分八T型SIW功分器固有的特性，功分器输出端在中心频率42GHz处相位差为180度，但在40.5～43.5GHz的边频上(即40.5GHz和43.5GHz)，相邻两个输出端口的相位差不是180度，因此本发明利用二阶感性窗可以对SIW传输线的相位进行调整的原理，对一分八T型SIW功分器输出相位进行调整，使其在40.5～43.5GHz范围内更接近180度，未加载二阶感性窗时，相位差不是180度，会导致天线增益减小；通过二阶感性窗的加载，天线的增益会增加，从而增加天线的增益和增益带宽。

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、天线带宽较宽，覆盖所需40.5～43.5GHz频率范围；

3、T型SIW功分器输出端口金属过孔的引入，引入了感性加载，调整功分器输出相位，天线在宽频范围内增益较高，提高了天线的增益带宽；

4、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为本发明上层金属示意图；