本發(fā)明涉及一種微波通信器件，尤其涉及一種共口徑天線。

背景技術(shù)：

1、wifi天線與毫米波天線都在室內(nèi)通信場(chǎng)景得到廣泛應(yīng)用，因此催生了面向wifi與毫米波的共口徑天線需求。wifi與毫米波的工作頻率相差較大，即毫米波天線與wifi天線的頻率比較高，因此采用大頻比的共口徑天線有利于兩種天線的融合。同時(shí)，高效率共口徑天線在相互融合后依然能保持較高的輻射效率，有利于提高口徑利用率，減少信號(hào)能量損失，提高通信質(zhì)量。因此，面向wifi與毫米波的高效率大頻比共口徑天線具有重要的應(yīng)用與工程價(jià)值。

2、目前實(shí)現(xiàn)高效率大頻比共口徑天線的實(shí)現(xiàn)方法主要有三種。第一種采用對(duì)角開槽及短路的低頻全向輻射貼片天線內(nèi)嵌邊向輻射毫米波波導(dǎo)裂縫陣的方法，實(shí)現(xiàn)了面向2.4ghz?wifi和ku波段的高輻射效率大頻比共口徑天線，但是無(wú)法兼顧wifi與毫米波應(yīng)用，并且存在低頻與高頻輻射類型不一致、交叉極化較差、整體尺寸偏大等問(wèn)題。第二種是通過(guò)多窗金屬多貼片內(nèi)嵌毫米波基片集成介質(zhì)諧振器陣列的方法，實(shí)現(xiàn)了效率較高的微波毫米波大頻比共口徑天線，并獲得了一致的低、高頻輻射類型，但是存在低頻天線輻射效率相對(duì)較低、毫米波頻段隔離較差等問(wèn)題。第三種是通過(guò)在2í2毫米波方形介質(zhì)天線陣列中嵌入共用金屬壁的十字形微波介質(zhì)天線，實(shí)現(xiàn)高輻射效率的微波毫米波大頻比共口徑天線，但是存在微波天線工作帶寬窄、毫米波頻段隔離較差等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種面向wifi與毫米波的共口徑天線，既能面向wifi與毫米波應(yīng)用頻段，又能兼顧低頻與高頻輻射類型的一致性、交叉極化、整體尺寸、低頻和高頻輻射效率、工作帶寬、隔離度。

2、技術(shù)方案：一種面向wifi與毫米波的共口徑天線，包括一個(gè)低頻介質(zhì)單元輻射體，在所述低頻介質(zhì)單元輻射體中心內(nèi)嵌2×2陣列分布的四個(gè)毫米波介質(zhì)單元輻射體，每個(gè)毫米波介質(zhì)單元輻射體的下方設(shè)有級(jí)聯(lián)諧振腔，每個(gè)級(jí)聯(lián)諧振腔的下方設(shè)有基片集成垂直波導(dǎo)；低頻信號(hào)從差分微帶饋線饋入并耦合至所述低頻介質(zhì)單元輻射體，其中的毫米波信號(hào)耦合饋入所述基片集成垂直波導(dǎo)，再經(jīng)過(guò)所述級(jí)聯(lián)諧振腔耦合至所述毫米波介質(zhì)單元輻射體，形成wifi頻段信號(hào)輻射及毫米波頻段陣列輻射。

3、進(jìn)一步的，所述共口徑天線包括依次層疊設(shè)置的頂層金屬、上層介質(zhì)基板、第二層金屬、第二層介質(zhì)基板、第三層金屬、第三層介質(zhì)基板、第四層金屬、第四層介質(zhì)基板、第五層金屬；

4、頂層金屬包括矩環(huán)形金屬；在三維坐標(biāo)系中，矩環(huán)形金屬的長(zhǎng)邊與三維坐標(biāo)系的y軸平行，短邊與x軸平行；第二層金屬包括2×2陣列分布的四個(gè)第一方形金屬，第一方形金屬中央設(shè)有第一矩形槽；第三層金屬包括分別與所述第一方形金屬在z軸方向重疊的四個(gè)第二方形金屬，第二方形金屬中央設(shè)有第二矩形槽；第四層金屬包括金屬大地、兩個(gè)長(zhǎng)槽和四個(gè)短槽，其中四個(gè)短槽在z軸方向分別與第二方形金屬一一正對(duì)，兩個(gè)與x軸平行的長(zhǎng)槽分布于四個(gè)短槽的兩側(cè)，并與相鄰短槽之間留有間隙；第五層金屬包括分別與兩個(gè)長(zhǎng)槽正交的一對(duì)金屬條帶；

5、所述共口徑天線還包括外層金屬壁、上層金屬壁、下層金屬壁；外層金屬壁用于連接矩環(huán)形金屬與金屬大地；四個(gè)上層金屬壁用于分別對(duì)應(yīng)連接第一方形金屬和第二方形金屬；四個(gè)下層金屬壁用于分別對(duì)應(yīng)連接第二方形金屬與金屬大地；

6、所述上層介質(zhì)基板、第二層介質(zhì)基板、第三層介質(zhì)基板、金屬大地、兩個(gè)長(zhǎng)槽、外層金屬壁、矩環(huán)形金屬組成所述低頻介質(zhì)單元輻射體；所述上層金屬壁及其所圍的上層介質(zhì)基板、第一方形金屬組成所述毫米波介質(zhì)單元輻射體；所述上層金屬壁及其所圍的第二層介質(zhì)基板、第二方形金屬組成所述級(jí)聯(lián)諧振腔；所述金屬條帶、第四層介質(zhì)基板和金屬大地組成所述差分微帶饋線；所述下層金屬壁及其所圍的第三層介質(zhì)基板和短槽組成所述基片集成垂直波導(dǎo)。

7、進(jìn)一步的，所述共口徑天線還包括中央空氣孔和兩側(cè)空氣孔；中央空氣孔與兩側(cè)空氣孔均貫穿上層介質(zhì)基板、第二層介質(zhì)基板、第三層介質(zhì)基板；兩列與x軸平行排布的中央空氣孔位于所述低頻介質(zhì)單元輻射體中間；兩側(cè)空氣孔分別為與x軸平行排布的三列，其沿z軸的投影位于兩個(gè)長(zhǎng)槽與外層金屬壁之間。

8、進(jìn)一步的，所述共口徑天線還包括上層空氣孔，所述上層空氣孔貫穿所述毫米波介質(zhì)單元輻射體和所述級(jí)聯(lián)諧振腔。

9、進(jìn)一步的，所述第四層介質(zhì)基板上設(shè)有四個(gè)矩形的底層空氣孔，分別正對(duì)一個(gè)短槽。

10、進(jìn)一步的，所述第一矩形槽與所述第二矩形槽沿z軸方向相互重疊，所述下層金屬壁與所述第二矩形槽同心設(shè)置，并將所述第二矩形槽包圍在其中。

11、進(jìn)一步的，所述上層空氣孔包括兩部分，其中一部分沿所述上層金屬壁內(nèi)側(cè)呈兩圈分布，另一部分位于所述第一矩形槽內(nèi)并沿矩形槽的長(zhǎng)度方向呈一列分布。

12、有益效果：現(xiàn)有的高效率大頻比共口徑天線總是存在無(wú)法面向wifi與毫米波應(yīng)用、整體尺寸大、低頻與高頻輻射類型不一致、低頻輻射效率較低、低頻帶寬窄、交叉極化大、毫米波頻段隔離度差等諸多問(wèn)題的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。本發(fā)明將空氣孔置于多個(gè)毫米波介質(zhì)輻射體中間及外側(cè)，利用中央和兩側(cè)空氣孔對(duì)低頻極化電場(chǎng)的強(qiáng)化作用及高次模抑制作用實(shí)現(xiàn)毫米波單元的嵌入，結(jié)合基片集成垂直波導(dǎo)、級(jí)聯(lián)諧振腔及毫米波介質(zhì)輻射體上下級(jí)聯(lián)解決大頻比共口徑天線的共享剖面問(wèn)題，形成面向wifi與毫米波應(yīng)用頻段的高效率大頻比共口徑天線，并能兼顧低頻與高頻輻射類型的一致性、交叉極化、整體尺寸、低頻和高頻輻射效率、工作帶寬及隔離度。

13、具體的，中央空氣孔與兩側(cè)空氣孔均貫穿第一至第三介質(zhì)層，中央空氣孔為兩列位于低頻介質(zhì)輻射體中間，兩側(cè)空氣孔各為三列位于共口徑輻射體的外側(cè)，中央空氣孔能夠強(qiáng)化低頻工作時(shí)主極化方向電場(chǎng)分量及降低低頻品質(zhì)因素，兩側(cè)空氣孔能夠抑制低頻工作頻帶內(nèi)的高次模從而保持高輻射效率，在中央空氣孔和兩側(cè)空氣孔的共同作用下，毫米波介質(zhì)單元輻射體能夠在不影響低頻單元工作的條件下順利嵌入，形成大頻比介質(zhì)嵌套共口徑輻射體。

14、毫米波介質(zhì)輻射體、級(jí)聯(lián)諧振腔及基片集成垂直波導(dǎo)三者上下層疊，用于解決大頻比共口徑天線的共享剖面問(wèn)題；并且上層空氣孔貫穿毫米波介質(zhì)輻射體和級(jí)聯(lián)諧振腔，從而增強(qiáng)兩者之間的耦合度，調(diào)節(jié)毫米波輸入阻抗，維持毫米波高輻射效率；而基片集成垂直波導(dǎo)對(duì)毫米波信號(hào)具有高封閉性及高通特性，從而提升毫米波端口與低頻端口之間的隔離度。

15、差分微帶饋線與長(zhǎng)槽正交，呈中心對(duì)稱分布，二者結(jié)合能夠激勵(lì)大頻比共口徑介質(zhì)輻射體在低頻工作時(shí)的te11δ模式，具有較好的交叉極化水平。

技術(shù)特征：

1.一種面向wifi與毫米波的共口徑天線，其特征在于，包括一個(gè)低頻介質(zhì)單元輻射體，在所述低頻介質(zhì)單元輻射體中心內(nèi)嵌2×2陣列分布的四個(gè)毫米波介質(zhì)單元輻射體，每個(gè)毫米波介質(zhì)單元輻射體的下方設(shè)有級(jí)聯(lián)諧振腔，每個(gè)級(jí)聯(lián)諧振腔的下方設(shè)有基片集成垂直波導(dǎo)；低頻信號(hào)從差分微帶饋線饋入并耦合至所述低頻介質(zhì)單元輻射體，其中的毫米波信號(hào)耦合饋入所述基片集成垂直波導(dǎo)，再經(jīng)過(guò)所述級(jí)聯(lián)諧振腔耦合至所述毫米波介質(zhì)單元輻射體，形成wifi頻段信號(hào)輻射及毫米波頻段陣列輻射。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向wifi與毫米波的共口徑天線，其特征在于，所述共口徑天線包括依次層疊設(shè)置的頂層金屬（1）、上層介質(zhì)基板（2）、第二層金屬（3）、第二層介質(zhì)基板（4）、第三層金屬（5）、第三層介質(zhì)基板（6）、第四層金屬（7）、第四層介質(zhì)基板（8）、第五層金屬（9）；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向wifi與毫米波的共口徑天線，其特征在于，所述共口徑天線還包括中央空氣孔（14）和兩側(cè)空氣孔（15）；中央空氣孔與兩側(cè)空氣孔均貫穿上層介質(zhì)基板（2）、第二層介質(zhì)基板（4）、第三層介質(zhì)基板（6）；兩列與x軸平行排布的中央空氣孔（14）位于所述低頻介質(zhì)單元輻射體中間；兩側(cè)空氣孔（15）分別為與x軸平行排布的三列，其沿z軸的投影位于兩個(gè)長(zhǎng)槽（702）與外層金屬壁（10）之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的面向wifi與毫米波的共口徑天線，其特征在于，所述共口徑天線還包括上層空氣孔（13），所述上層空氣孔（13）貫穿所述毫米波介質(zhì)單元輻射體和所述級(jí)聯(lián)諧振腔。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的面向wifi與毫米波的共口徑天線，其特征在于，所述第四層介質(zhì)基板（8）上設(shè)有四個(gè)矩形的底層空氣孔（16），分別正對(duì)一個(gè)短槽（703）。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向wifi與毫米波的共口徑天線，其特征在于，所述第一矩形槽（302）與所述第二矩形槽（502）沿z軸方向相互重疊，所述下層金屬壁（12）與所述第二矩形槽（502）同心設(shè)置，并將所述第二矩形槽（502）包圍在其中。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向wifi與毫米波的共口徑天線，其特征在于，所述上層空氣孔（13）包括兩部分，其中一部分沿所述上層金屬壁（11）內(nèi)側(cè)呈兩圈分布，另一部分位于所述第一矩形槽（302）內(nèi)并沿矩形槽的長(zhǎng)度方向呈一列分布。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種面向Wifi與毫米波的共口徑天線，將空氣孔置于多個(gè)毫米波介質(zhì)輻射體中間及外側(cè)，利用中央和兩側(cè)空氣孔對(duì)低頻極化電場(chǎng)的強(qiáng)化作用及高次模抑制作用實(shí)現(xiàn)毫米波單元的嵌入，結(jié)合基片集成垂直波導(dǎo)、級(jí)聯(lián)諧振腔及毫米波介質(zhì)輻射體上下級(jí)聯(lián)解決大頻比共口徑天線的共享剖面問(wèn)題，形成面向Wifi與毫米波應(yīng)用頻段的高效率大頻比共口徑天線，并能兼顧低頻與高頻輻射類型的一致性、交叉極化、整體尺寸、低頻和高頻輻射效率、工作帶寬及隔離度。

技術(shù)研發(fā)人員：倪天楠,施金,徐冉昊,于登輝,徐凱,姜芮芮,張凌燕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26