一种半孔馈电贴片天线

1.本发明涉及无线通信的技术领域，具体为一种半孔馈电贴片天线。


背景技术：

2.随着移动数据的需求高速增长，无线通信容量亟需增加，因此，无线通信设备的收发通道正迅速增加，通过多输入多输出技术和波束赋形技术扩充无线通信容量。但庞大的收发通道数量会导致无线通信设备的体积过大，也会导致天线和射频前端的连接更为复杂。
3.在贴片天线领域，已经出现了一系列技术成果。近年来，能够应用于多输入多输出无线通信设备的天线正逐渐被相关研究人员所关注，然而，就已公开的相关天线结构而言，仍然存在着以下两个问题。
4.1、天线普遍需要大量的部件，结构不够紧凑，大部分天线采用偶极子形式，包括了反射板、辐射单元电路板、馈电网络电路板以及射频连接器，不够紧凑的天线结构会增大通信设备的体积，并且不利于天线与射频前端电路的集成和连接。
5.2、天线的剖面普遍较高，目前已公开的大部分用于多输入多输出无线通信设备的天线的剖面高度普遍在工作波长的1/4左右，使设备整体的体积较大。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供了一种半孔馈电贴片天线，其易于与射频前端电路集成，具有结构紧凑、易于安装和拆分、体积小、剖面低的优点，并且可以实现宽工作带宽、低交叉极化和高前后比。
7.一种半孔馈电贴片天线，其特征在于，其包括：
8.上辐射单元；
9.下辐射单元；
10.所述上辐射单元具体为上电路板，所述上电路板包括介质基片、金属层，所述金属层位于所述介质极片的下表面；
11.所述下辐射单元具体为下电路板，所述下电路板包含自上而下顺次排布的顶部金属层、第一层介质基片、上地平面、粘贴介质层、带状线层、第二层介质基片、下地平面；
12.所述下辐射单元还包括有馈电输入端口半孔和接地半孔，所述馈电输入端口半孔、接地半孔均设置于下电路板的一边的边缘位置，所述馈电输入端口半孔和接地半孔从上到下分别连接顶部金属层、上地平面、带状线层、下地平面；
13.所述上电路板和下电路板之间为空气。
14.其进一步特征在于：
15.所述上辐射单元的金属层为正方形金属贴片，所述上辐射单元的金属层位于介质基片的中央区域；所述下辐射单元中的顶部金属层为正方形金属贴片，所述顶部金属层位于第一层介质基片的中央区域、且位于所述上辐射单元的金属层的中央区域的正下方；
16.所述上地平面蚀刻有h形耦合缝隙，所述h形耦合缝隙关于所述上地平面的横向中线和纵向中线轴对称布置；
17.所述带状线层为一段带状线，该带状线位于带状线层的纵向中线，馈电网络输入端位于该带状线下部的边缘，其边缘处设有馈电输入端口半孔、接地半孔，在该边缘内的馈电网络两侧分别设有接地孔，其边缘内的馈电网络的两侧分别设有接地孔；
18.所述接地半孔对称分布在馈电网络馈电输入端口带状线的两侧；馈电输入端口半孔、接地半孔作为焊盘，方便与射频前端电路焊接；
19.所述带状线层的末端与h形耦合缝隙的中点之间的带状线长度为天线工作中心频率对应波长的1/9-5/36；
20.基片集成波导谐振腔为正方形谐振腔，由上地平面、下地平面和排布在所述正方形谐振腔四个边的金属化通孔组成，基片集成波导谐振腔中心与所述下辐射单元的中心重合，基片集成波导谐振腔主模的谐振频率比天线最高工作频率高0.2-1.0ghz，基片集成波导谐振腔相邻的金属化通孔的间距不小于工作中心频率对应波长的1/10；
21.馈电网络位于下电路板中，采用缝隙耦合馈电方式，馈电网络的传输线为带状线，馈电网络的带状线共用上下两个地平面；馈电输入端口半孔、接地半孔和接地孔均为金属化通孔，带状线位于带状线层；馈电输入端口半孔的信号经一段带状线传输至带状线末端后反射，h形耦合缝隙下方的反射信号与入射信号分别经h形耦合缝隙耦合至下辐射单元。
22.采用本发明的结构后，馈电端口采用半孔使其易于与射频前端电路集成，具有结构紧凑、易于安装和拆分、体积小、剖面低等优点，多个单元组阵时所有的上辐射单元可以用一个电路板实现，并且可以实现宽工作带宽、低交叉极化和高前后比。
附图说明
23.图1为结构紧凑的半孔馈电贴片天线层次结构图；
24.图2为结构紧凑的半孔馈电贴片天线上电路板1中金属层4的结构示意图；
25.图3为结构紧凑的半孔馈电贴片天线下电路板2中顶部金属层5的结构示意图；
26.图4为结构紧凑的半孔馈电贴片天线下电路板2中上地平面7的结构示意图；
27.图5为结构紧凑的半孔馈电贴片天线下电路板2中带状线层9结构示意图；
28.图6为结构紧凑的半孔馈电贴片天线下电路板2中下地平面11示意图；
29.图7为结构紧凑的半孔馈电贴片天线输入端口反射系数仿真结果；
30.图8为结构紧凑的半孔馈电贴片天线端口激励时3.5ghz方向图仿真结果；图中序号所对应的名称如下：
31.上电路板1、下电路板2、介质基片3、金属层4、顶部金属层5、第一层介质基片6、上地平面7、粘贴介质层8、带状线层9、第二层介质基片10、下地平面11、馈电输入端口半孔12、接地半孔13、接地孔14、基片集成波导谐振腔15、h形耦合缝隙16、馈电网络17。
具体实施方式
32.一种半孔馈电贴片天线，见图1-图6，包含上辐射单元、下辐射单元；其中，上辐射单元即上电路板1，上电路板1包括介质基片3和位于介质基片3下面的金属层4；下辐射单元即下电路板2，下电路板2包扩自上至下依次设置的顶部金属层5、第一层介质基片6、第一中
间金属层上地平面7、粘贴介质层8、第二中间金属层带状线层9、第二层介质基片10、底部金属层下地平面11，馈电输入端口半孔12和接地半孔13从上到下分别连接顶部金属层5、第一中间金属层上地平面7，第二中间金属层带状线层9、底部金属层下地平面11。
33.上电路板1和下电路板2中间为空气，上电路板1的金属层4为正方形金属贴片，位于介质基片3的中央；下电路板2中的顶部金属层5中间为正方形金属贴片，金属层4和顶部金属层5间的耦合使本天线相较于只有一个贴片的贴片天线具有更宽的阻抗带宽。
34.馈电网络17采用耦合馈电方式，该馈电网络的传输线采用带状线，该带状线位于带状线层的纵向中线，带状线结构保证了馈电网络17和天线外部的电路的高隔离，便于与射频前端电路集成；馈电网络的带状线的地平面为上地平面7和下地平面11；上地平面7蚀刻有h形耦合缝隙16，h形耦合缝隙16在平面上关于下辐射单元的横向中线和纵向中线轴对称，h形耦合缝隙16的中间段与带状线相互垂直，h形耦合缝隙16将馈电网络17的信号耦合至顶部金属层5，h形耦合缝隙16在顶部金属层5激励起纵向流向的表面电流，表面电流产生了电磁波；馈电网络16输入端位于第二中间金属层带状线层9下部的边缘，在该边缘处设有馈电输入端口半孔12、接地半孔13，在该边缘内的馈电网络16两侧分别设有接地孔14；接地半孔13对称分布在馈电网络17馈电输入端口带状线的两侧；馈电输入端口半孔12和接地半孔13作为焊盘，方便与其他电路焊接，接地半孔13和接地孔14保证了天线与其他电路连接时良好的共地；
35.带状线层9的末端与h形耦合缝隙16的中点之间的带状线长度为天线工作中心频率对应波长的1/9-5/36；
36.基片集成波导谐振腔15为正方形谐振腔，由上地平面7、下地平面11和排布在正方形谐振腔四个边的金属化通孔组成，基片集成波导谐振腔22中心与下辐射单元的中心重合，基片集成波导谐振腔15主模的谐振频率比天线最高工作频率高0.2-1.0ghz，基片集成波导谐振腔15相邻通孔的间距不小于工作中心频率对应波长的1/10，该基片集成波导谐振15可以有效抑制上地平面7与下地平面11之间的平板电容模式电磁波，防止平板电容模式电磁波产生的辐射增大天线的交叉极化。
37.具体实施时，为了验证本发明提供半孔馈电贴片天线结构的真实性和可靠性，按照本发明提供的半孔馈电贴片天线结构制作了一个工作中心频率为3.45ghz的双极化宽阻带天线实例进行验证，设计的实例天线的上电路板的介质基片采用厚度为0.6mm的fr-4板材，下电路板的第一层介质基片和第三层介质基片都采用厚度为1.6mm的taconic tly-5板材，粘贴介质层采用厚度为0.4mm的tu768。图7-图8给出了实例天线的相关性能仿真参数，反射系数小于-10db的阻抗带宽为3.15-3.75ghz，交叉极化水平低于-30db,前后比大于15db。
38.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
39.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当
将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。