[发明专利]一种平面集成阵列天线

说明书

本发明提出一种平面集成阵列天线，包括天线单元，所述天线单元由介质集成波导腔体背面贴片和阶梯状波导喇叭组成，介质集成波导腔体背面贴片作为宽带波形阻抗的转换器来激励上层的阶梯式波导喇叭，通过增加辐射孔径，采用阶梯形波导喇叭增强天线单元的增益，基于所提出的天线单元，设计了单元间距大于波长的2×2子阵列。在单元之间刻蚀一个凹槽作为辅助辐射源提高2×2子阵列的增益并抑制高旁瓣。为了进一步提高增益，设计制造并测量了16×16单元阵列天线，该16×16单元阵列天线在71至88.5 GHz的频率范围内实现22.4%的‑10 dB阻抗带宽和28.8–30.9 dBi的峰值增益。凭借工作带宽更宽，增益高，外形小巧和交叉极化低的优点，本发明的阵列天线适用于在E波段无线回程系统中推广应用。

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种宽带高增益的平面集成阵列天线结构。

背景技术

随着5G技术发展，移动数据应用和流量呈现指数级增长，毫米波技术在5G无线网络中的宽带通信应用具备了广阔的前景，此类应用通常要求毫米波天线具有高增益，宽带和低交叉极化。

通过使用常规的透镜和反射面天线，可以很容易实现高指向性，外形小巧，重量轻且更容易安装的高增益天线。这种天线通常对于长距离毫米波无线通信应用更具吸引力。

在所有平面天线阵列中，微带贴片天线阵列是微波频带中最常见的薄型天线之一，但是，由于在毫米波频段较高的介电损耗等因素引起的天线辐射效率低，限制了它们在毫米波频段中的应用。

缝隙波导阵列天线是另一种常用的平面天线阵列结构，但传统的缝隙波导阵列天线的带宽较窄，不适宜宽带高速通信场景。

因此，有必要改进天线的设计思路，开发一种性能好、便于产业推广的高增益，宽带运行的平面阵列天线。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种宽带高增益的平面集成阵列天线，技术方案如下：

一种平面集成阵列天线，所述平面集成阵列天线整体结构包括上层、中间层和底层，所述上层为阶梯形波导喇叭阵列（401），中间层是介质集成波导腔背面贴片阵列（402）；底层是介质集成波导腔馈电网络，通过耦合孔阵列（403）激励第三介质集成波导腔背面贴片阵列（402），所述介质集成波导腔馈电网络集成了从第三介质集成波导（408）到WR-12矩形波导（409）的传输过渡（407），所述传输过渡（407）由传输过渡腔（410）、矩形波导WR-12及第四介质集成波导SIW组成。

进一步的，所述中间层印制在单层PCBRogers4003c材料上，所述介质集成波导腔馈电网络设置在厚度为0.508mm的单层Rogers5880材料上。

进一步的，所述传输过渡腔（410）由金属柱围合成矩形，包括上横部（209）、第一竖部（210）、下横部（211）、传输窗口（411）、腔背面金属贴片（412）及第二层介质（203），其中上横部（209）由六根金属柱排成与Y轴平行的一行；第一竖部（210）为六根金属柱均分成两列且关于X轴对称；下横部（211）为两根关于X轴对称的金属柱，其轴线距离W_w2可根据具体需求调节；腔背面金属贴片（412）为矩形金属贴片，所述腔背面金属贴片（412）设置于传输窗口（411）内部，腔背面金属贴片（412）作为波形和阻抗的变换器激励第三层介质集成波导（408）；矩形波导WR-12位于传输过渡腔（410）的正上方。

进一步的，所述平面集成阵列天线进一步包括天线单元，所述天线单元（101）包括上下两层，下层包括第一输入端口（102）、第一层介质集成波导（103）、第一层介质集成波导腔（104）、第一层介质集成波导腔体背面贴片（105），第一层介质（106），第一信号过渡窗口（107）；上层包括第一单元上板（108）及第一阶梯波导喇叭（109）。