[发明专利]毫米波天线阵元、天线阵列、通信装置

说明书

本发明公开了一种毫米波天线阵元，包括两片竖直设置且相互之间正交的片状辐射单元，分别用于辐射垂直极化方向信号和水平极化方向信号；所述片状辐射单元由下部的基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，简称SIW）滤波器和上部的渐变鳍线天线组成，且下部的基片集成波导滤波器和上部的渐变鳍线天线共用同一片介质基板。本发明还公开了一种毫米波天线阵列和一种毫米波通信装置。本发明在垂直方向上将辐射部件与滤波器集成为一体，具有结构紧凑的优点，更重要的是可保证天线阵列中每个阵元所传输信号的相位和幅度基本一致。

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种毫米波天线阵元。

背景技术

5G毫米波频段通信是目前最前沿的通信技术，是通信领域近期最重要的研究方向。世界上的各大通信公司都开展相关方面的研究工作。目前各公司的5G毫米波通信系统都采用了MIMO和相控阵技术，其中绝大多数都是采用8*8或者16*16辐射单元的阵列天线，具体包括波导缝隙阵列天线阵、贴片阵列天线阵列等形式。有的方案采用二维扫描方案，有些采用一维扫描方案。

无论采用哪一种形式，都必须抑制本振辐射，满足国际无线电辐射标准，才能达到商业应用的要求。为此，必须在天线阵元和收发信机之间集成用于抑制本振辐射的滤波器。对于只采用一个收发信机的方案，集成滤波器相对方便，只需要在收发信机之前安装一个滤波器即可，但是采用这种方案，整个通信系统类似于无源相控阵系统，其性能必然受到限制。另一种方案是每一个天线阵元对应一个收发信机，采用该方案既可以实现二维扫描，又能够实现多波束，其通信能力大大增强；但是采用该方案，每一个天线阵元和收发信机之间都要集成两个滤波器(因为采用双极化方案)。又由于需要大角度的二维扫描,由相控阵天线的布阵基本公式可知，天线单元与单元之间的间距很小(以目前常用的28GHz系统为例，要求方位角方向扫描±60°，俯仰方向扫描±15°，每一个单元所占面积只有大约7.5mm*5mm)，在如此小的空间里面集成两个滤波器，一方面对滤波器的尺寸要求非常苛刻，另一方面还要求所有天线阵元在集成滤波器后，其所传输信号的相位和幅度要保证基本一致。这是目前实现此类5G技术的关键瓶颈技术，很难保证每一个路径的一致性，到目前为止，尚没有找到很好的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种毫米波天线阵元，在垂直方向上将辐射单元与滤波器集成为一体，具有结构紧凑，占用空间小的优点，更重要的是可保证天线阵列中每个阵元所传输信号的相位和幅度基本一致。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种毫米波天线阵元，包括两片竖直设置且相互之间正交的片状辐射单元，分别用于辐射垂直极化方向信号和水平极化方向信号；所述片状辐射单元由下部的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，简称SIW)滤波器和上部的渐变鳍线天线组成，且下部的基片集成波导滤波器和上部的渐变鳍线天线共用同一片介质基板。

优选地，所述SIW滤波器为带有开口金属谐振环(Split Ring Resonator，简称SRR)结构的SRR-SIW滤波器，或为带有互补开口金属谐振环(Complementary Split RingResonator，简称CSRR)结构的CSRR-SIW滤波器。

优选地，所述渐变鳍线天线为鳍线馈电渐变鳍线天线。

进一步地，所述毫米波天线阵元还包括用于固定所述两片片状辐射单元的固定机构。

根据相同发明思路还可以得到以下技术方案：

一种毫米波天线阵列，其由一组相同的天线阵元组成，所述天线阵元为以上任一技术方案所述毫米波天线阵元。

一种毫米波通信装置，包括天线阵列以及与所述天线阵列中的天线阵元一一对应连接的一组收发信机，所述天线阵列为上述毫米波天线阵列。