一种基于表面波结构的高增益二维阵列天线的制作方法

[]本发明涉及微波天线，尤其涉及一种基于表面波结构的高增益二维阵列天线。

背景技术：

0、[背景技术]

1、大规模mimo技术伴随着5g的发展已经开始了广泛的应用，在未来6g通信系统中，大规模mimo技术也将扮演非常重要的角色。一般在5g/6g基站天线端的天线阵列规模至少在64个单元以上，如此多数量的天线单元如果不紧凑排列的话，会使得天线阵列的整体尺寸过大，这样会给基站选址以及架设增加许多成本。但是如果将天线单元的间距缩小之后，阵列内端口间的隔离度会出现明显的恶化，进而影响整个无线通信系统的系统容量，这显然与发展5g/6g的初衷背道而驰。如何在缩小天线单元间距的同时保证端口隔离度、保证阵列的高增益有现实的研究意义。

2、如今，5g在商用的道路上高歌猛进，对大规模mimo天线阵列的需求也越来越大。国内外选择组阵的天线单元一般是结构简单的微带天线或者平面偶极子天线，这两类天线单元口径基本上都是半个波长为直径的圆面。为实现5g三维波束赋形、空间分集、空分复用的特点，将上述两类天线进行组阵。

3、然而，为实现5g以及未来6g通信网络高速率、低时延、节能减耗、高容量及高可靠性等特性，就需要大规模mimo天线阵列的大量布置，且5g天线单元将辐射单元与远端射频单元(rru)进行整合，构成有源天线单元(aau)，重量相较于只有辐射单元而言增重不少。给空间、承重有限的基站带来沉重负担。现有的高增益天线通常为大规模阵列或者高口径效率阵列，对于大规模阵列来说，阵元间距通常为0.7倍工作频率下的电磁波波长，此时，要想获得高增益辐射，阵列规模会达到几百或几千个单元，占用横向面积巨大，难以应用于空间有限的平台。另一方面，可以通过增加天线的口径效率在不增加横向面积的同时增加阵列天线的增益。现有的高口径效率天线通常采用人工超材料，透镜等方式增加口径效率，但是它们的口径效率还是小于100％

技术实现思路

0、[
技术实现要素：
]

1、本发明要解决的技术问题是提供一种口径效率高的基于表面波结构的高增益二维阵列天线。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种基于表面波结构的高增益二维阵列天线，包括复数个低剖面端射的天线单元，复数个低剖面端射的天线单元以m行n列的方式进行组阵，3≤m≤5，3≤n≤5；组阵的阵间距为0.5～0.9λ，λ为低剖面端射天线单元工作频率下电磁波波长。

3、以上所述的高增益二维阵列天线，低剖面端射的天线单元包括长条形、高介电常数的介质板、金属地板、金属加载圆盘、金属短路圆柱和同轴线连接器，金属地板固定在介质板的底面上，金属加载圆盘布置在介质板顶面的上方，靠近天线单元沿介质板长轴方向的后端，天线单元沿介质板长轴方向的前端为收发端；同轴线连接器布置在金属加载圆盘的下方，外壳与金属地连接，内芯穿过介质板与金属圆盘连接；金属短路圆柱的上端与金属圆盘的边缘连接，下端穿过介质板与金属支承板连接。

4、以上所述的高增益二维阵列天线，介质板的介电常数εr为9.7～9.9；介质板的高度h＝0.079～0.080λ，长度l＝0.5～3λ，宽度w<0.5λ；金属地板的长度等于介质板的长度，宽度小于0.5λ；金属加载圆盘的半径r＝0.079～0.080λ，其中心与介质板后端的间距为0.37～0.39λ，底面与距金属地板顶面的距离为0.100～0.122λ。

5、以上所述的高增益二维阵列天线，

6、l＝2.1～2.3λ；底面与距金属地板顶面的距离为0.110～0.112λ。

7、以上所述的高增益二维阵列天线，m＝3，n＝3；介质板的介电常数εr为9.8，阵间距为0.5λ；介质板的高度长度l＝2.2λ；金属加载圆盘的半径其中心与介质板后端的间距为0.38λ，底面距金属地板顶面的距离为0.116λ；同轴线连接器为50ω同轴线连接器。

8、本发明基于表面波结构的高增益二维阵列天线为表面波聚束阵列天线，口径效率较高，在孔径面积不变的情况下可以获得比传统天线更高的增益。

技术特征：

1.一种基于表面波结构的高增益二维阵列天线，包括复数个天线单元，其特征在于，所述的天线单元为低剖面端射的天线单元，复数个低剖面端射的天线单元以m行n列的方式进行组阵，3≤m≤5，3≤n≤5；组阵的阵间距为0.5～0.9λ，λ为低剖面端射天线单元工作频率下电磁波波长。

2.根据权利要求1所述的高增益二维阵列天线，其特征在于，低剖面端射的天线单元包括长条形、高介电常数的介质板、金属地板、金属加载圆盘、金属短路圆柱和同轴线连接器，金属地板固定在介质板的底面上，金属加载圆盘布置在介质板顶面的上方，靠近天线单元沿介质板长轴方向的后端，天线单元沿介质板长轴方向的前端为收发端；同轴线连接器布置在金属加载圆盘的下方，外壳与金属地连接，内芯穿过介质板与金属圆盘连接；金属短路圆柱的上端与金属圆盘的边缘连接，下端穿过介质板与金属支承板连接。

3.根据权利要求2所述的高增益二维阵列天线，其特征在于，介质板的介电常数εr为9.7～9.9；介质板的高度h＝0.079～0.080λ，长度l＝0.5～3λ，宽度w<0.5λ；金属地板的长度等于介质板的长度，宽度小于0.5λ；金属加载圆盘的半径r＝0.079～0.080λ，其中心与介质板后端的间距为0.37～0.39λ，底面与距金属地板顶面的距离为0.100～0.122λ。

4.根据权利要求3所述的高增益二维阵列天线，其特征在于，l＝2.1～2.3λ；底面与距金属地板顶面的距离为0.110～0.112λ。

5.根据权利要求3所述的高增益二维阵列天线，其特征在于，m＝3，n＝3；介质板的介电常数εr为9.8，阵间距为0.5λ；介质板的高度长度l＝2.2λ；金属加载圆盘的半径其中心与介质板后端的间距为0.38λ，底面距金属地板顶面的距离为0.116λ；同轴线连接器为50ω同轴线连接器。

技术总结
本发明公开了一种基于表面波结构的高增益二维阵列天线，包括复数个低剖面端射的天线单元，复数个低剖面端射的天线单元以M行N列的方式进行组阵，3≤M≤5，3≤N≤5；组阵的阵间距为0.5～0.9λ，λ为低剖面端射天线单元工作频率下电磁波波长。本发明为表面波聚束阵列天线，口径效率较高，在孔径面积不变的情况下可以获得比传统天线更高的增益，为超高增益阵列天线。

技术研发人员：谢拥军,庞轲,武沛羽
受保护的技术使用者：深圳北航新兴产业技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13