一种宽带毫米波圆极化天线单元、单模阵列及双模阵列

本发明涉及圆极化天线，特别是涉及一种宽带毫米波圆极化天线单元、单模阵列及双模阵列。

背景技术：

1、随着第五代(5g)移动通信的快速发展，毫米波频段已被广泛推荐，以提供高数据传输速率和宽频谱资源。相比于线极化天线只能接收与它相同的线极化波，圆极化(circular polarization，简称cp)天线可以接收任意线极化波，也可以接收圆极化波，可以避免发射与接收天线因极化不匹配的关系而造成极化损耗。圆极化天线在解决极化失配、抑制雨雾干扰、消除法拉第效应方面性能优异，吸引了大量的关注。

2、为了提高毫米波天线的传输距离，天线阵列是需要的。顺序旋转馈电网络由于可以进一步提升圆极化天线阵列的轴比的带宽，因而被广泛使用。尽管基于顺序旋转馈电网络可以进一步增加阵列的轴比带宽，但3-db轴比带宽增强往往低于20％。这主要是因为目前基于顺序旋转馈电网络的天线阵列的3-db轴比带宽不能总是随着阵列规模的增加而增加。也就是说，当天线单元扩展到2×2天线子阵列时，3-db轴比带宽可以显著提高。然而，当2×2天线子阵列扩展到4×4或8×8天线阵列时，3-db轴比带宽几乎不再提升。因此，这导致目前大部分基于顺序旋转馈电网络的毫米波圆极化天线阵列的3-db轴比带宽仍然是比较窄的。

技术实现思路

1、本发明的目的是一种宽带毫米波圆极化天线单元、单模阵列及双模阵列，能够大幅提升3-db轴比带宽。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、第一方面，本发明提供了一种宽带毫米波圆极化天线单元，包括：第一介质基板、第二介质基板、以及位于所述第一介质基板和所述第二介质基板之间的金属地层；

4、所述第二介质基板的下表面设置有微带馈线；所述金属地层上刻蚀有耦合缝隙，所述第一介质基板上开设有两个金属化通孔，所述第一介质基板的上表面平铺有金属条带；其中，两个所述金属化通孔位于所述耦合缝隙的两侧外边缘处并与所述耦合缝隙接触，所述金属条带的一端与一个所述金属化通孔接触，所述金属条带的另一端与另一个所述金属化通孔接触，以使所述耦合缝隙等效为一个磁偶极子，两个所述金属化通孔和所述金属条带整体等效为另一个磁偶极子；

5、所述第一介质基板上还平铺有两个l形寄生贴片；两个所述l形寄生贴片位于所述金属条带两侧，且两个所述l形寄生贴片关于第一介质基板的上表面中心点旋转对称。

6、第二方面，本发明提供的一种单模阵列为2×2天线子阵列；所述2×2天线子阵列包括第一顺序旋转开口圆环结构、第一主馈线、以及四个且按照顺序旋转布置的天线单元；所述天线单元为第一方面所述的宽带毫米波圆极化天线单元；

7、四个所述天线单元的旋转方向与单模顺序旋转馈电网络的旋转方向相同；所述单模顺序旋转馈电网络为由四个所述天线单元的微带馈线、所述第一顺序旋转开口圆环结构以及所述第一主馈线组成的馈电网络；其中，所述第一顺序旋转开口圆环结构分别与四个所述天线单元的微带馈线的一端、以及所述第一主馈线的一端连接。

8、第三方面，本发明提供的双模阵列为4×4天线阵列；所述4×4天线阵列包括第二顺序旋转开口圆环结构、第二主馈线、以及四个且按照顺序旋转布置的第二方面所述的单模阵列；

9、四个所述单模阵列的旋转方向与双模顺序旋转馈电网络的旋转方向相同；所述双模顺序旋转馈电网络为由四个单模顺序旋转馈电网络、第二顺序旋转开口圆环结构以及第二主馈线组成的馈电网络；其中，所述第二顺序旋转开口圆环结构分别与所述第二主馈线的一端、以及四个单模顺序旋转馈电网络中的第一主馈线的另一端连接；

10、所述单模阵列中的第一顺序旋转开口圆环结构的直径与所述第二顺序旋转开口圆环结构的直径不同。

11、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

12、本发明利用l形寄生贴片提升了天线单元的3-db轴比带宽。

技术特征：

1.一种宽带毫米波圆极化天线单元，其特征在于，包括：第一介质基板、第二介质基板、以及位于所述第一介质基板和所述第二介质基板之间的金属地层；

2.根据权利要求1所述的一种宽带毫米波圆极化天线单元，其特征在于，所述第一介质基板上还平铺有四个六边形寄生贴片；四个所述六边形寄生贴片位于所述金属条带两侧，且四个所述六边形寄生贴片关于第一介质基板的上表面中心点旋转对称。

3.根据权利要求2所述的一种宽带毫米波圆极化天线单元，其特征在于，在所述金属条带的一外侧按照顺序依次铺设有第一六边形寄生贴片、第一l形寄生贴片和第二六边形寄生贴片；在所述金属条带的另一外侧按照顺序依次铺设有第三六边形寄生贴片、第二l形寄生贴片和第四六边形寄生贴片。

4.根据权利要求1所述的一种宽带毫米波圆极化天线单元，其特征在于，一个所述金属化通孔位于所述耦合缝隙的一长边的外边缘处并与所述耦合缝隙的一长边接触，且一个所述金属化通孔靠近所述耦合缝隙的一宽边；另一个所述金属化通孔位于所述耦合缝隙的另一长边的外边缘处并与所述耦合缝隙的另一长边接触，且另一个所述金属化通孔靠近所述耦合缝隙的另一宽边。

5.一种单模阵列，其特征在于，所述单模阵列为2×2天线子阵列；所述2×2天线子阵列包括第一顺序旋转开口圆环结构、第一主馈线、以及四个且按照顺序旋转布置的天线单元；所述天线单元为权利要求2所述的宽带毫米波圆极化天线单元；

6.根据权利要求5所述的一种单模阵列，其特征在于，四个所述天线单元的第一介质基板为同一介质基板，四个所述天线单元的第二介质基板为同一介质基板；所述微带馈线的另一端延伸至所述天线单元的第二介质基板的下表面；所述第一主馈线的另一端为微带馈电端口。

7.一种双模阵列，其特征在于，所述双模阵列为4×4天线阵列；所述4×4天线阵列包括第二顺序旋转开口圆环结构、第二主馈线、以及四个且按照顺序旋转布置的权利要求5所述的单模阵列；

8.根据权利要求7所述的一种双模阵列，其特征在于，所述双模阵列从上至下依次包括第五介质基板、第六介质基板、第七介质基板、第八介质基板和第九介质基板；

9.根据权利要求8所述的一种双模阵列，其特征在于，所述第六介质基板和所述第七介质基板的前端均为凸出的t形结构；所述t形结构用于安装射频转接头。

10.根据权利要求8所述的一种双模阵列，其特征在于，所述第六介质基板和所述第八介质基板均为在平面介质基板的中间挖空处理后的介质基板；所述第九介质基板上还设置有电磁带隙结构。

技术总结
本发明公开了一种宽带毫米波圆极化天线单元、单模阵列及双模阵列，涉及圆极化天线技术领域，该天线单元的第二介质基板的下表面设置有微带馈线；金属地层上刻蚀有耦合缝隙，第一介质基板上开设有两个金属化通孔，第一介质基板的上表面平铺有金属条带；第一介质基板上还平铺有两个L形寄生贴片；两个L形寄生贴片位于金属条带两侧，且两个L形寄生贴片关于第一介质基板的上表面中心点旋转对称。本发明利用L形寄生贴片提升了天线单元的3‑dB轴比带宽。

技术研发人员：黄志祥,王超,李民权,徐光辉,谢国大,牛凯坤,任信钢
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12