一種用于60GHz毫米波通信的懸置微帶天線陣列及其天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線技術(shù)，具體涉及一種用于在60GHz毫米波段通信的懸置微帶天線陣列及其天線。
【背景技術(shù)】
[0002]5G技術(shù)即第五代移動通信技術(shù)，是面向2020年以后移動通信網(wǎng)絡(luò)的新一代移動通信技術(shù)，將具有超高的頻譜利用率和極快的傳輸速率，相對4G移動通信技術(shù)來說提高一個量級或更高，其速率可達10GB/S，且需要能夠滿足在未來10年后移動互聯(lián)網(wǎng)流量增加1000倍的發(fā)展需求。目前，低頻頻譜資源已非常擁擠，很難滿足未來5G通信的需求，開拓新的頻段成為5G的必然選擇，而毫米波由于其有頻譜資源豐富、定向性好、抗干擾能力強等獨特的性能，受到了越來越多的關(guān)注，其中，毫米波收發(fā)系統(tǒng)前端的天線尤為重要，天線的增益、帶寬、效率等性能直接決定著系統(tǒng)的好壞。常規(guī)微帶天線頻帶較窄，不能滿足毫米波頻段的60GHz頻帶需求，而且饋線有較強的輻射損耗，導(dǎo)致整個天線陣列效率不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的目的是提供一種用于60GHz毫米波通信的懸置微帶天線陣列及其天線，具有較寬帶寬，輻射損耗較小，并且易于和平面毫米波電路集成，為一種由共面波導(dǎo)和共面雙導(dǎo)線組成的饋電網(wǎng)絡(luò)激勵的60GHz毫米波微帶天線，可應(yīng)用到未來毫米波通信及雷達系統(tǒng)中。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種用于60GHz毫米波通信的懸置微帶天線陣列，包括天線單元和饋電網(wǎng)絡(luò)，所述天線單元以上下兩行的方式排列，天線陣元數(shù)目為2X (2n)個，η為正整數(shù)；所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括阻抗變換器、共面雙導(dǎo)線、共面波導(dǎo)、以及連接共面雙導(dǎo)線和共面波導(dǎo)的功率分配器；
[0005]其中，每個天線陣元接一所述阻抗變換器，天線單元上行的天線陣元的阻抗變換器和下行的天線陣元的阻抗變換器相對設(shè)置；共面雙導(dǎo)線通過各阻抗變換器和天線單元連接起來；在共面雙導(dǎo)線軸向中心位置處連接一所述功率分配器；所述共面波導(dǎo)一端接功率分配器、另一端配置饋電端口。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述天線陣元為矩形結(jié)構(gòu)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述矩形結(jié)構(gòu)的長度配置為天線工作波段中心頻率波的半個波長。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述天線陣元為圓形結(jié)構(gòu)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述天線陣列列方向上相鄰的兩個天線陣元之間的距離為天線工作波段最高頻率波的0.7?0.8個波長。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述天線陣列行方向上相鄰的兩個天線陣元之間的距離為天線工作波段的中心頻率波的I個介質(zhì)波長。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述阻抗變換器為四分之一波長變化線。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述功率分配器配置為一路分二路器件。
[0013]本發(fā)明還采用了以下技術(shù)方案:一種使用如前述任意一項所述天線陣列的天線，包括電路底板；開設(shè)于電路底板上的凹槽；位于凹槽底部表面上的反射板；位于凹槽上方并配合電路底板連接以形成空腔的基板；設(shè)于基板一面對空腔的表面上的天線陣列；以及形成在電路底板上且一端和天線陣列的所述饋電端口電連接、另一端用于和射頻芯片電連接的導(dǎo)帶。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述射頻芯片連接在所述電路底板上，射頻芯片通過其引腳連接所述導(dǎo)帶。
[0015]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:天線陣列采用共面雙導(dǎo)線和共面波導(dǎo)配合饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)，該饋電網(wǎng)絡(luò)使得電磁場主要集中在傳輸導(dǎo)線之間，其傳輸性能不受天線的導(dǎo)帶和基板上地板之間距離的影響，而且輻射損耗極小，共面雙導(dǎo)線上通過的電流完全反向，可用于給異側(cè)饋電的天線陣元提供反向激勵，不僅簡化了饋電網(wǎng)絡(luò)，而且提高了整個饋電網(wǎng)絡(luò)的效率，采用該天線陣列的天線為一種由共面波導(dǎo)和共面雙導(dǎo)線組成的饋電網(wǎng)絡(luò)激勵的60GHz毫米波微帶天線，可應(yīng)用到未來毫米波通信及雷達系統(tǒng)中。
[0016]此外，該微帶天線在電路底板上對應(yīng)基板下方設(shè)置空腔，既增大了微帶天線的高度又減小了基板的等效介電常數(shù)，因而可拓寬天線的帶寬，天線陣列的饋電端口通過電路底板上的導(dǎo)帶電性引出，天線陣列形成懸置的結(jié)構(gòu)，減小了饋線的長度，提高饋電效率，導(dǎo)帶可與射頻芯片的射頻管腳電連接，易于電路集成。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一個實施例的毫米波懸置微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明一個實施例的用于60GHz毫米波通信的懸置微帶天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明另一個實施例的用于60GHz毫米波通信的懸置微帶天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明天線陣列在57-64GHZ頻段的回波損耗圖；
[0021]圖5為本發(fā)明天線陣列在57-64GHZ頻段的增益曲線圖；
[0022]圖6為本發(fā)明天線陣列在57-64GHZ頻段的效率曲線圖；
[0023]圖7、圖8、圖9為本發(fā)明天線陣列分別在57GHz、61GHz、64GHz頻點的二維方向圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0025]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0026]參看圖1，本發(fā)明的懸置微帶天線，包括電路底板3，電路底板3上的空腔7，反射板8，基板6，天線陣列5，以及導(dǎo)帶4。天線陣列5采用的是本發(fā)明的一種用于60GHz毫米波通信的懸置微帶天線陣列。
[0027]其中，空腔7為在電路底板3上形成凹槽、以及在凹槽上方設(shè)置基板6從而形成的腔體，該電路底板3例如是PCB電路板，空腔7內(nèi)部可以是空氣；反射板8位于空腔7底部表面上在基板6面對空腔7的表面上設(shè)置天線陣列5 ;基板6、天線陣列5、空腔7以及反射板8構(gòu)成微帶天線的電磁波輻射和接收的工作部件，當然基板6另一表面上還設(shè)有形成微帶天線的地板，空腔7形成的空氣層減小了基板的等效介電常數(shù)，從而可以展寬天線的帶寬；微帶天線通過天線陣列5的饋電端口饋電，饋電端口連接導(dǎo)帶5，基板7可以通過引腳連接在電路底板3上，該導(dǎo)帶形成在電路底板3上且一端和天線陣列的饋電端口電連接、另一端用于和射頻芯片電連接，導(dǎo)帶4將饋電端口電性引出，從而可以形成天線的懸置結(jié)構(gòu)，減小了饋線的長度，提高饋電效率，便于電路集成。
[0028]較佳的，基板6設(shè)置在電路底板3表面的一側(cè)上，另一側(cè)設(shè)置一射頻芯片1，射頻芯片I通過引腳2連接在電路底板上，天線陣列5的饋電端口靠近該射頻芯片I設(shè)置，射頻芯片I通過其引腳2連接導(dǎo)帶4，形成懸置結(jié)構(gòu)，射頻芯片I的其余引腳可以用于和其他芯片或元器件的連接。
[0029]參看圖2，本發(fā)明的一種用于60GHz毫米波通信的懸置微帶天線陣列，也就是天線陣列5包括天線單元和饋電網(wǎng)絡(luò)，天線單元以上下兩行的方式排布，天線陣元51和54數(shù)目為2X (2n)個，η為正整數(shù)；所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括阻抗變換器52和53、共面雙導(dǎo)線55、共面波導(dǎo)57、以及連接共面雙導(dǎo)線55和共面波導(dǎo)57的功率分配器56。
[0030]圖2示出了天線陣元51和54數(shù)目為8個的天線陣列，上行為4個