[实用新型]垂直集成滤波器的天线阵元及毫米波天线阵列、通信装置

说明书

本实用新型公开了一种垂直集成滤波器的天线阵元。该天线阵元包括双极化腔体滤波器和一体化集成于所述双极化腔体滤波器顶部的双极化辐射部件；所述双极化腔体滤波器由多个双极化谐振腔自下而上依次连接而成，相邻的双极化谐振腔之间设置有耦合窗。本实用新型还公开了一种毫米波天线阵列和一种毫米波通信装置。本实用新型在垂直方向上将辐射部件与滤波器集成为一体，具有结构紧凑，占用空间小的优点，更重要的是可保证天线阵列中每个阵元所传输信号的相位和幅度基本一致。

技术领域

本实用新型涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种垂直集成滤波器的天线阵元。

背景技术

5G毫米波频段通信是目前最前沿的通信技术，是通信领域近期最重要的研究方向。世界上的各大通信公司都开展相关方面的研究工作。目前各公司的5G毫米波通信系统都采用了MIMO和相控阵技术，其中绝大多数都是采用8*8或者16*16辐射单元的阵列天线，具体包括波导缝隙阵列天线阵、贴片阵列天线阵列等形式。有的方案采用二维扫描方案，有些采用一维扫描方案。

无论采用哪一种形式，都必须抑制本振辐射，满足国际无线电辐射标准，才能达到商业应用的要求。为此，必须在天线阵元和收发信机之间集成用于抑制本振辐射的滤波器。对于只采用一个收发信机的方案，集成滤波器相对方便，只需要在收发信机之前安装一个滤波器即可，但是采用这种方案，整个通信系统类似于无源相控阵系统，其性能必然受到限制。另一种方案是每一个天线阵元对应一个收发信机，采用该方案既可以实现二维扫描，又能够实现多波束，其通信能力大大增强；但是采用该方案，每一个天线阵元和收发信机之间都要集成两个滤波器（因为采用双极化方案）。又由于需要大角度的二维扫描，因而每一个天线阵元所占的空间都小于半个波长（以目前常用的28GHz系统为例，每一个单元所占面积只有大约7.5mm*5mm），在如此小的空间里面集成两个滤波器，一方面对滤波器的尺寸要求非常苛刻，另一方面还要求所有天线阵元在集成滤波器后，其所传输信号的相位和幅度要保证基本一致。这是目前实现此类5G技术的关键瓶颈技术，目前所报道的解决方案基本采用PCB滤波器，或者LTCC滤波器，很难保证每一个路径的一致性，到目前为止，尚没有找到很好的解决方案。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种垂直集成滤波器的天线阵元，在垂直方向上将辐射部件与滤波器集成为一体，具有结构紧凑，占用空间小的优点，更重要的是可保证天线阵列中每个阵元所传输信号的相位和幅度基本一致。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种垂直集成滤波器的天线阵元，包括双极化腔体滤波器和一体化集成于所述双极化腔体滤波器顶部的双极化辐射部件；所述双极化腔体滤波器由多个双极化谐振腔自下而上依次连接而成，相邻的双极化谐振腔之间设置有耦合窗。

作为其中一个优选技术方案，所述双极化腔体滤波器为双极化介质腔体滤波器，所述多个双极化谐振腔均为表面金属化的介质柱。

优选地，各介质柱在水平方向上的投影相互重合。

优选地，所述双极化辐射部件由至少两个尺寸自下而上依次减小的介质柱连接构成。

进一步地，该天线阵元还包括一个金属支撑件；所述金属支撑件中间形成有一个顶部开口的金属腔体，用于容纳所述双极化介质腔体滤波器。

作为其中另一个优选技术方案，所述双极化腔体滤波器为双极化空气腔体滤波器，所述多个双极化谐振腔均为中空的金属腔体。

优选地，各金属腔体在水平方向上的投影相互重合。

优选地，所述双极化辐射部件为波导开口天线或喇叭天线。进一步优选地，所述双极化辐射部件为底部带有阻抗匹配台阶结构的喇叭天线。

优选地，所述耦合窗的横截面为圆形、正方形或十字形。

根据相同实用新型思路还可以得到以下技术方案：