毫米波低剖面宽带天线的制作方法

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种毫米波低剖面宽带天线。

背景技术

第五代移动通信技术向着高频化、小型化以及低成本、高性能的方向快速发展。通过利用毫米波频段(例如28ghz，39ghz，以及60ghz)的带宽优势，数据传输速率较第四代可以得到数十倍的提升(由100mb/s提高至几十gb/s)。同时，各种终端设备由于消费导向高度追求轻薄化，在激烈的竞争环境下又要充分兼顾成本及性能。在此背景下，以低成本的方式设计一款低剖面宽带天线，例如在28ghz频段，剖面高度为0.06λ0及以下(在采用低介电常数介质基板的前提下，其中λ0指设计频带中心频点处的空气中波长)，带宽15％以上，能完全覆盖24.75-27.5ghz工作频段，具有重要的研究与应用价值。

对于该类毫米波宽带天线，目前报道了诸多设计技术。例如，可以将磁电偶极子应用于毫米波宽带天线设计，也有采用缝隙馈电结合寄生单元的宽带微带贴片技术，但这两种天线对于剖面高度极其敏感，在低剖面的情况下难以保持其宽带特性。同时，也有在馈电端引入感性枝节的e型微带贴片以及容性耦合微带双贴片技术，该类低剖面天线设计要么需要采用多层结构，不利于低成本的实现，要么难以在剖面高度为0.06λ0及以下时，实现15％以上的带宽覆盖。

简而言之，对于现有的设计技术，要么存在难以在剖面高度为0.06λ0及以下时实现宽频带工作，相对带宽大于15％的问题，要么需采用多层电路结构，设计加工成本较高，难以进行市场推广。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种毫米波低剖面宽带天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种毫米波低剖面宽带天线，包括从上至下顺序设置的以下三层结构：

第一层结构，包括金属贴片结构和两个金属带条谐振器，所述金属贴片结构位于所述两个金属带条谐振器之间；

第二层结构，为开设了一对圆形缝隙的金属大地层；

第三层结构，包括馈电结构，所述馈电结构通过穿设所述一对圆形缝隙的一对金属通孔与所述两个金属带条谐振器连接，射频信号从所述馈电结构馈入，并经由所述金属通孔对所述两个金属带条谐振器进行馈电，所述两个金属带条谐振器将微波信号耦合给所述金属贴片结构。

在本发明所述的天线中，所述金属贴片结构包括两个矩形金属贴片，所述两个矩形金属贴片之间间隔适当距离，所述矩形金属贴片与所述金属带条谐振器之间间隔适当距离，所述两个矩形金属贴片和所述两个金属带条谐振器组成的整体左右对称且前后对称。

在本发明所述的天线中，所述馈电结构包括相互垂直的功率分配线和馈线，所述馈线与所述金属带条谐振器平行设置，所述馈线的首端位于所述第三层结构的边缘，所述馈线的末端连接所述功率分配线，所述功率分配线的两端通过所述一对金属通孔连接所述两个金属带条谐振器。

在本发明所述的天线中，所述馈线的末端连接所述功率分配线的中心位置。

在本发明所述的天线中，所述第一层结构还包括顶面设置所述金属贴片结构和两个金属带条谐振器的第一层介质基板，所述第三层结构还包括底面设置所述馈电结构的第二层介质基板，所述金属大地层分别与所述第一层介质基板和第二层介质基板贴合，所对金属通孔穿透所述第一层介质基板和第二层介质基板。

本发明的毫米波低剖面宽带天线，具有以下有益效果：本发明解决了传统设计技术对剖面高度要求较高的问题，在低剖面的基础上，实现了天线的宽带覆盖性能；再者，将金属贴片结构和两个金属带条谐振器布置在同一层，采用单层结构，即天线的金属大地以上仅需一层介质基板，有效降低了设计加工成本，以低成本方式实现了较宽的频谱带宽，频带内具有良好的辐射性能，方向图对称，交叉极化小，利于市场推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本发明具体实施例中提供的天线的剖面结构示意图；

图2是本发明具体实施例中提供的天线的第一层结构的平面示意图；

图3是本发明具体实施例中提供的天线的第二层结构的平面示意图；

图4是本发明具体实施例中提供的天线的第三层结构的平面示意图；

图5是本发明具体实施例中提供的天线的传输响应和辐射响应示意图；

图6是本发明具体实施例中提供的天线的仿真方向图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，本文所使用的术语“垂直”、“水平”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

参考图1-4，本发明的一个具体实施例中的毫米波低剖面宽带天线，包括从上至下顺序设置的以下三层结构：

第一层结构1，包括第一层介质基板和设置于所述第一层介质基板顶面的：金属贴片结构10和两个金属带条谐振器4，所述金属贴片结构10位于所述两个金属带条谐振器4之间；

第二层结构2，为开设了一对圆形缝隙5的金属大地层6；

第三层结构3，包括第二层介质基板和设置于所述第二层介质基板底面的馈电结构，所述馈电结构与金属通孔9连接，所述一对金属通孔9依次穿透所述第二层介质基板、金属大地层6的一对圆形缝隙5、一对金属通孔9、第一层介质基板后，与所述两个金属带条谐振器4连接。射频信号从所述馈电结构馈入，并经由所述金属通孔9对所述两个金属带条谐振器4进行馈电，所述两个金属带条谐振器4将微波信号耦合给所述金属贴片结构10，所述金属带条谐振器4的谐振模式与金属贴片结构10的谐振模式相合并。

其中，金属通孔9实际上是由金属铜柱的外表面形成。

其中，所述第一层介质基板、金属大地层6、第二层介质基板形状相同且均呈矩形，且在水平面的投影重合。所述金属大地层6分别与所述第一层介质基板和第二层介质基板贴合，所对金属通孔9穿透所述第一层介质基板和第二层介质基板。

参考图2，具体的，金属带条谐振器4具体为一个带状的金属条，所述金属贴片结构10包括两个矩形金属贴片。所述两个矩形金属贴片的排列方向与所述金属带条谐振器4的延伸方向平行，所述两个矩形金属贴片之间间隔适当距离，所述矩形金属贴片与所述金属带条谐振器4之间间隔适当距离，其中一个金属带条谐振器4位于两个矩形金属贴片的前侧边，另一个金属带条谐振器4位于两个矩形金属贴片的后侧边，所述两个矩形金属贴片和所述两个金属带条谐振器4组成的整体左右对称且前后对称。

参考图4，具体的，所述馈电结构包括相互垂直的功率分配线7和馈线8，所述馈线8与所述金属带条谐振器4平行设置，所述馈线8的首端位于所述第三层结构3的边缘，所述馈线8的末端连接所述功率分配线7的中心位置，所述功率分配线7的两端通过所述一对金属通孔9连接所述两个金属带条谐振器4。

参考图5，由天线的传输响应和辐射响应可见其工作在5g的28ghz毫米波频段，10-db匹配带宽为23.3％，频带内增益为6.1-6.3dbi。图6中左上图是24.75ghzyoz面方向图，右上图是24.75ghzxoz面方向图，左下图是27.5ghzyoz面方向图，右下图是27.5ghzxoz面方向图。可见天线的交叉极化在3-db波束范围内优于21db。本案例采用的介质基板是介电常数为3.4，损耗角为0.004的基板。第一层、第二层介质基板厚度分别为0.7mm、0.1mm，天线金属大地层6以上的剖面高度为0.06λ0。可以理解的是，该实施例中的天线以28ghz热点频段为例，但不仅限于28ghz频段，该天线还可应用于5g其他频段。

可见，本发明的天线，克服了现有的天线技术难以以低成本方式同时解决低剖面及宽带的设计难点。本发明保持天线整体剖面高度为0.06λ0，通过将金属贴片结构和两个金属带条谐振器布置在同一层，以低成本方式实现了23.3％的频谱带宽。并且由于结构对称，频带内具有良好的辐射性能，方向图对称，交叉极化小。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。