工作在毫米波段的微带贴片天线及阵列的制作方法

本实用新型属于通信领域，特别适用于5G通信领域；本实用新型具体涉及工作在毫米波段的微带贴片天线及阵列。

背景技术：

耦合馈电的天线中，天线与馈线不是直接相连而是将馈线与天线设计在不同介质层上，通过电磁耦合的方式进行馈电；在稍微增加结构复杂度的情况下可以显著增加带宽，但是很难做到8％以上，从而限制了系统的带宽和数据率。为了提高带宽，缝隙耦合结构的介质材料常采用空气层代替；由于微带天线的带宽与介电常数成反比，且空气层损耗低，介电常数小，所以可以在低损耗的情况下实现更大带宽。

因此，为了使得缝隙耦合天线能够应用在毫米波频段，需要在天线制作过程中引入毫米级厚度的空气层。然而，厚度在加工制作过程中的些许偏差极容易导致天线带宽和性能的大幅改变，所以空气层的引入增加了天线的加工难度和量产不一致性的风险；同时“一”字形或“十字”缝隙耦合馈电的天线端口隔离度以及交叉极化抑制性能一般。

鉴于现有天线存在带宽小，增益低，交叉极化特性差的弊端，使得基于现有天线设计而得的天线阵列无法满足5G通讯基站对高速传输，远距离覆盖和高抗干扰能力的需求。

此外，现有技术中的天线阵列中天线阵元级联组阵的方式为串联或者并联馈电贴片天线阵列，为了满足天线网络中电流分布满足预设规律的要求，需要对每一个天线单元进行调整，这就显著增加了对于天线阵元设计的复杂度，比如，为了降低天线网络的副瓣，必须优化阵列各个阵元的尺寸以形成一定的电流幅度分布，对于一个8x 8的阵列，就存在至少64个天线待优化单元参数。

技术实现要素：

为了解决现有天线存在带宽小，增益低，交叉极化特性差的问题，过度依赖空气层的问题，以及天线阵列设计复杂的问题；本实用新型公开了工作在毫米波段的微带贴片天线及阵列。

本实用新型是以如下技术方案实现的：

一种工作在毫米波段的微带贴片天线，所述微带贴片天线由第一介质基片的下表面和第二介质基片的上表面通过压合的方式连接，所述第一介质基片的上表面布设有辐射贴片，所述第二介质基片上布设有具有缝隙的馈电网络。

优选的，所述馈电网络由布设在所述第二介质基片的上表面的带有缝隙的金属地和布设在所述第二介质基片的下表面的馈线构成。

优选的，所述第二介质基片由馈电网络上层基片和馈电网络下层基片压合而成，所述馈电网络上层基片的下表面布设有金属地，所述馈电网络上层基片的上表面布设有第一缝隙，所述馈电网络下层基片的下表面布设有第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙交叉布设。

优选的，所述第一介质基片和第二介质基片的介电常数与空气的介电常数的差值小于预设阈值。

优选的，所述微带贴片天线长2.264mm，宽2.264mm。

一种天线阵列，所述天线阵列包括一个以上的行矩阵，所述行矩阵不同阵元之间串联连接，所述阵元使用权利要求上述的一种工作在毫米波段的微带贴片天线；

每个所述行矩阵的中间位置设置有馈电输入端口，以所述馈电输入端口所在直线为中心，分布在所述馈电输入端口两侧的阵元具备轴对称关系；所述行矩阵中流经馈电输入端口同侧的相邻阵元的电流满足预设的电流分布规律。

优选的，所述电流分布规律包括切比雪夫，泰勒或者维伦纽夫幅度分布规律。

优选的，若所述天线阵列中包括多个行矩阵，则不同的行矩阵之间为并联连接。

优选的，所述天线阵列中的阵元形成8*8、8*16或16*16矩阵。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的工作在毫米波段的微带贴片天线及阵列，其具有如下有益效果：

工作在毫米波段的微带贴片天线通过选取与空气的介电常数相近的介质制作基片，并由压合工艺制得，避免了引入空气层带来的加工困难性能不稳定等问题，并兼具高带宽，高交叉极化抑制，高副瓣抑制的特点，其独特的结构和性能使其可用于5G毫米波基站。

天线阵列与现有技术中的串/并联直接馈电贴片天线阵列相比，具备结构简单，带宽大、增益大、交叉极化特性好等显著优点；同时克服了串/并联直接馈电方式交叉极化特性差，两个正交极化同时使用时，端口之间的串扰较严重等问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种工作在毫米波段的微带贴片天线示意图；

图2是本实用新型实施例提供的单极化条件下的天线三维示意图；

图3是本实用新型实施例提供的双极化条件下的天线三维示意图；

图4是本实用新型实施例提供的双极化条件天线的剖视图；

图5是本实用新型实施例提供的双缝馈电天线的阻抗带宽示意图；

图6是本实用新型实施例提供的双缝馈电天线的辐射方向图；

图7是本实用新型实施例提供的行矩阵示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

本实用新型实施例公开了一种工作在毫米波段的微带贴片天线，如图1 所示，所述微带贴片天线由第一介质基片1的下表面和第二介质基片2的上表面通过压合的方式连接，所述第一介质基片1的下表面布设有辐射贴片11，所述第二介质基片2中布设有具有缝隙的馈电网络。

具体地，所述微带贴片天线有两种，一种为单极化条件下的天线，另一种为双极化条件下的天线。请参考图2，其示出了单极化条件下的双缝天线三维示意图，请参考图3，其示出了双极化条件下的天线三维示意图。由图2可知，单极化条件下的天线可以采用双缝隙耦合的结构，双极化条件下的天线可以采用交叉四缝隙耦合的结构。

在一个可行的实施例中，单极化条件下的天线具有缝隙的馈电网络由布设在所述第二介质基片的上表面的带有缝隙的金属地21和布设在所述第二介质基片的下表面的馈线22构成。

优选的，所述缝隙为单缝或双缝。

具体地，所述单极化条件下的天线作为一个有效辐射器，可以通过优化贴片的长与宽来获得更高的带宽和更理想的阻抗值，天线优化后的取值为长L＝2.264mm，宽W＝2.264mm。

在另一个可行的实施例中，请参考图4，其示出了双极化条件天线的剖视图。所述第二介质基片2由馈电网络上层基片210和馈电网络下层基片 220压合而成，所述馈电网络上层基片210的下表面布设有金属地，所述馈电网络上层基片的上表面布设有第一缝隙2101，所述馈电网络下层基片220 的下表面布设有第二缝隙2201，所述第一缝隙2101和所述第二缝隙2201 交叉布设。

优选的，本实用新型实施例中的第一介质基片和第二介质基片的介电常数与空气的介电常数的差值小于预设阈值。比如第一介质基片和第二介质基片可以采用Rohacell泡沫制得。

请参考图5，其示出了本实用新型实施例中双缝馈电天线的阻抗带宽示意图，由图5可知，其阻抗带宽达到10.6％。请参考图6，其示出了双缝馈电天线的辐射方向图，其中实线的辐射方向角为90度，虚线的辐射方向角为0度。由图6可知，其具有高定向性，本实用新型实施例中天线考虑所有损耗和适配后的可实现增益达到6dBi以上。

本实用新型实施例提供了一种适用于毫米波段的微带贴片天线，采用基片压合的方式，加工简单，避免了引入空气层带来的加工困难性能不稳定等问题，并兼具高带宽，高交叉极化抑制，高副瓣抑制的特点，其独特的结构和性能使其可用于5G毫米波基站。本实用新型实施例中提出了双缝耦合的微带结构，能够通过双缝耦合形成两个谐振点，从而将传统的微带天线带宽从8％提高到10.6％，该设计的好处是用一副天线就可以同时覆盖 26.5GHz和28GHz两个5G频段，避免了使用两副天线。

考虑到毫米波段应用的高损耗特点，阵列的馈电网络必须简单，同时副瓣要低，因而必须使阵列中阵元的馈电电流呈现如切比雪夫，泰勒或者维伦纽夫幅度分布，为了达到这一目的，本实用新型实施例进一步提供了一种天线阵列，所述天线阵列能够实现上述电流分布。

所述天线阵列包括一个以上的行矩阵，如图7所示，所述行矩阵不同阵元之间串联连接，所述阵元可以使用上述的一种工作在毫米波段的微带贴片天线。每个所述行矩阵的中间位置设置有馈电输入端口，以所述馈电输入端口所在直线为中心，分布在所述馈电输入端口两侧的阵元具备轴对称关系。所述行矩阵中流经馈电输入端口同侧的相邻阵元的电流满足预设的电流分布规律。

相应的，为了使得行矩阵中流入馈电输入端口同侧的相邻阵元的电流满足预设的电流分布规律，需要使得所述相邻阵元的输入阻抗满足所述电流分布规律的要求。

具体地，所述电流分布规律包括切比雪夫，泰勒或者维伦纽夫幅度分布规律。

若所述天线阵列中包括多个行矩阵，则不同的行矩阵之间为并联连接。

所述天线阵列中的阵元可以形成8*8、8*16或16*16矩阵。

本实用新型实施例公开的天线阵列为一种串并联混合馈电网络，其具备带宽大、增益大、交叉极化特性好等显著优点，使其能够满足5G通讯基站对于高速传输，远距离覆盖和高抗干扰能力的需求。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如本实用新型的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书 (包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本实用新型的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本实用新型还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(如计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本实用新型的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，也可以在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是，上述实施例是对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或者步骤等。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。