一种超宽带阵列天线的制作方法

本发明的所公开实施例涉及射频通信技术领域，且更具体而言，涉及一种超宽带阵列天线。

背景技术：

近年来，人们对无线通信领域业务(5g、wlan、广播、电视等)需求飞速增加，有限的频谱资源已无法满足快速增长的需求。而超宽带技术具有通信速率高、系统容量大、抗干扰能力强、分辨率高、系统简单，成本低等优点，可以很好的处理人们日益增长的信息需求与频谱资源有限之间的矛盾，而得到越来越多的关注。另外，某些特殊要求，例如实现波束扫描覆盖大范围空域等，单个天线往往无法满足。

根据电磁波空间干涉理论，把多个单元天线按照一定规律排列形成天线阵列，并对每个单元天线进行适当激励，即可满足上述单个天线无法满足的一些要求。因此，小型化、高增益的超宽带阵列天线的研究显得迫在眉睫。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种超宽带阵列天线来解决上述问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是提供了一种超宽带阵列天线。该阵列天线包括基板、辐射部分和馈电部分。基板包括接地面和金属面。辐射部分设置于所述基板上，包括由并排设置的n个辐射单元构成的辐射阵列。每个辐射单元为改进型vivaldi天线单元，包括第一辐射体和第二辐射体，所述第一辐射体和所述第二辐射体均为四分之一椭圆形。所述第一辐射体和所述第二辐射体分别设置于所述基板的所述金属面和所述接地面上，部分重叠且向相反方向张开。所述第一辐射体和所述第二辐射体上分别设置一开槽，n为大于2的正整数。馈电部分设置于所述基板上，与所述辐射部分连接。

其中，所述开槽为t型开槽。

其中，所述改进型vivaldi天线单元还包括设置于所述接地面上且与所述第二辐射体连接的馈电过渡部以及与所述馈电过渡部相对设置且设置于所述金属面上与所述第一辐射体连接的臂部。

其中，所述馈电部分包括设置于所述金属面上且与所述臂部连接的馈电网络。

其中，n为4。

其中，所述馈电网络为t型功率分配器。

其中，t型功率分配器呈对称设置所述t型功率分配器包括一个输入端、第一阻抗转换线、两个第二阻抗转换线、两个第三阻抗转换线和四个输出端，其中输入端与第一阻抗转换线呈t型设置，两个第二阻抗转换线分别连接于第一阻抗转换线的两端且经过一次弯折，两个第三阻抗转换线分别与两个第二阻抗转换线呈t型设置，四个输出端分别与两个第三阻抗转换线的两端连接。

其中，每个输出端与第三阻抗转换线的连接处以及弯折的第二阻抗转换线的弯折处分别经过圆滑处理，第二阻抗转换线与第三阻抗转换线的连接处经过v型切角处理。

其中，所述馈电部分还包括设置于所述接地面上且与所述馈电过渡部连接的接地金属层。

本发明的有益效果有：通过级联n个改进型vivaldi天线单元，构成阵列天线，实现具有超宽带、小型化及高增益等的天线结构，可适用于5g、无线局域网等系统中。

附图说明

图1a是根据本发明实施例的超宽带阵列天线的正透视示意图。

图1b是根据本发明实施例的超宽带阵列天线的侧视示意图。

图2是图1a和图1b中的超宽带阵列天线的上层示意图。

图3是图1a和图1b中的超宽带阵列天线的下层示意图。

图4是图1a和图1b中的超宽带阵列天线的频率响应曲线图。

图5是图1a和图1b中的超宽带阵列天线的增益曲线图。

图6a-h是图1a和图1b中的超宽带阵列天线工作于不同频率时的辐射方向图。

具体实施方式

本说明书及权利要求书通篇中所用的某些用语指代特定部件。如所属领域的技术人员可以理解的是，电子设备制造商可利用不同名称来指代同一个部件。本文并非以名称来区分部件，而是以功能来区分部件。在以下说明书及权利要求书中，用语“包括”是开放式的限定词语，因此其应被解释为意指“包括但不限于…”。另外，用语“耦合”旨在意指间接电连接或直接电连接。因此，当一个装置耦合到另一装置时，则这种连接可以是直接电连接或通过其他装置及连接部而实现的间接电连接。

如图1a和图1b所示，是根据本发明实施例的超宽带阵列天线的示意图。该阵列天线100包括基板110和设置在基板110上的辐射部分120和馈电部分130，其中辐射部分120与馈电部分130连接。

基板110包括金属面111和接地面112。在本实施例中，该基板110的介电常数为3.5，介电损耗为0.0019，厚度为0.78mm。

请同时参考图2和图3，辐射部分120包括由并排设置的n个辐射单元121构成的辐射阵列，这样，该辐射阵列为1*n的阵列，其中n为大于2的正整数。每个辐射单元121为改进型vivaldi天线单元。具体地，该改进型vivaldi天线单元121包括第一辐射体121a和第二辐射体121b，在馈电部分130被馈入电磁信号时，第一辐射体121a和第二辐射体121b一起工作向外辐射信号。第一辐射体121a和第二辐射体121b均为四分之一椭圆形。在本实施例中，第一辐射体121a和第二辐射体121b为相同的四分之一椭圆形，即具有相同的长半径和小半径。第一辐射体121a和第二辐射体121b分别设置于基板110的金属面111和接地面112上。第一辐射体121a与第二辐射体121b在金属面111上的正投影区域呈对称设置。在本实施例中，第一辐射体121a与第二辐射体121b在金属面111上的正投影区域呈左右对称设置，即存在垂直对称线。

第一辐射体121a和第二辐射体121b部分重叠且向相反方向张开，即第一辐射体121a和第二辐射体121b的拓扑方向不同。如图2所示，在本实施例中，第一辐射体121a向左侧张开，第二辐射体121b向右侧张开。

第一辐射体121a和第二辐射体121b上分别设置一开槽122a、122b。通过开槽122a和开槽122b，可以降低该天线的最低截止频率，从而实现天线的小型化目的。进一步地，如图1所示，在本实施例中，第一辐射体121a上的开槽122a和第二辐射体121b上的开槽122b并列设置，且形状大小相同。另外，第一辐射体121a上的开槽122a和第二辐射体121b上的开槽122b相对于第一辐射体121a与第二辐射体121b在金属面111上的正投影区域之间的垂直对称线对称。

进一步地，第一辐射体121a上的开槽122a和第二辐射体121b上的开槽122b均为t型开槽，进一步降低天线的最低截止频率，从而实现天线的小型化目的。如图4所示，t型开槽使得天线的截止频率变低。需要说明的是，在图4中，n等于4，401为第一辐射体121a上没有设置t型开槽时的反射响应曲线s11，402为第一辐射体121a上设置t型开槽时的反射响应曲线s11。

改进型vivaldi天线单元121还包括设置于接地面112上且与第二辐射体121b连接的馈电过渡部123b以及与馈电过渡部123b相对设置且设置于金属面111上与第一辐射体121a连接的臂部123a。由于馈电过渡部123b和臂部123a，使得第一辐射体121a和第二辐射体121b与馈电部分130阻抗匹配，进而降低电磁损耗。需要说明的是，臂部123a作为改进型vivaldi天线单元121的一部分，起阻抗匹配作用，使得输入到第一辐射体的电磁信号损耗较小。

馈电部分130分别给n个辐射单元(或改进型vivaldi天线单元)121馈入电磁信号。在本实施例中，n等于4。相应地，馈电部分130需要提供4个馈电输入，分别给辐射部分120的4个辐射单元121，以使其工作。

馈电部分130包括设置于金属面111上且与臂部123a连接的馈电网络(图中未标号)。在本实施例中，馈电网络为t型功率分配器(图中未标号)，以便给4个改进型vivaldi天线单元提供电磁信号。

具体地，t型功率分配器呈对称设置。在一个实施例中，t型功率分配器呈左右对称设置。该t型功率分配器包括一个输入端131、第一阻抗转换线132、两个第二阻抗转换线133、两个第三阻抗转换线134和四个输出端135，其中输入端131与第一阻抗转换线132呈t型设置，两个第二阻抗转换线133分别连接于第一阻抗转换线132的两端且经过一次弯折，两个第三阻抗转换线134分别与两个第二阻抗转换线133呈t型设置，四个输出端135分别与两个第三阻抗转换线134的两端连接。四个输出端135并排设置，且分别与4个改进型vivaldi天线单元121分别连接。输入端131、第一阻抗转换线132、第二阻抗转换线133及第三阻抗转换线134的宽度相互不相同，并且输入端131和输出端135的宽度相同。输入端131被馈入电磁信号时，第一阻抗转换线132将电磁信号一分二，经过第二阻抗转换线133和第三阻抗转换线134，进而将电磁信号分为4等分，分别馈到4个改进型vivaldi天线单元121，从而实现较宽带宽，如图4所示，以及较高增益，如图5所示。需要说明的是，在图5中，n等于4，501为单个改进型vivaldi天线单元的增益曲线，502为1*4超宽带阵列天线(即四个改进型vivaldi天线单元所构成的阵列)的增益曲线。

进一步地，每个输出端135与第三阻抗转换线134的连接处以及弯折的第二阻抗转换线133的弯折处分别经过圆滑处理，第二阻抗转换线133与第三阻抗转换线134的连接处经过v型切角处理，改善阻抗匹配，进一步实现宽带宽和高增益。

进一步地，馈电部分130还包括设置于接地面112上且与馈电过渡部123b连接的接地金属层136。

进一步地，如图6a-h所示，是图1a和图1b中的天线在4ghz、6ghz、8ghz、10ghz时的e面和h面辐射方向图，可以看出，低频辐射范围较宽，在高频处获得较好的端射特性。需要说明的是，在图6a-h中，601为4ghz时的e面方向图，605为4ghz时的h面方向图，602为6ghz时的e面方向图，606为6ghz时的h面方向图，603为8ghz时的e面方向图，607为8ghz时的h面方向图，604为10ghz时的e面方向图，608为10ghz时的h面方向图。

本实施例的阵列天线100可以实现超宽带的特性，满足通信系统对高通信速率的需求，同时具有小型化、高增益等特点，可以工作在5g、无线局域网等系统中。

所属领域的技术人员易知，可在保持本发明的教示内容的同时对装置及方法作出诸多修改及变动。因此，以上公开内容应被视为仅受随附权利要求书的范围的限制。