[发明专利]一种毫米波高增益平面口径天线及天线阵列

说明书

本发明公开了一种毫米波高增益平面口径天线及天线阵列。所述天线从上至下包括最上层金属贴片、第一介质板、中间层金属地、第二介质板和底层金属地；其中，最上层金属贴片包括十字型金属贴片和金属带；第一介质板中设有多个穿过第一介质板的第一金属化过孔；金属带和第一金属化过孔构成第一腔体，第一腔体和十字型金属贴片构成第一辐射结构；第二介质板中设置一路分二路的功分器；电磁能量在第二介质板的一路分二路的功分器传输，通过中间层金属地耦合到第一辐射结构，电磁能量沿着十字型金属贴片向最上层金属贴片两边传输和辐射，在第一腔体与十字型金属贴片之间产生同相的电场。本发明可以纠正口径电场、使得电场分布更加均匀，提高增益。

技术领域

本发明涉及电子通信技术的天线领域，提供一种毫米波高增益平面口径天线及天线阵列。

背景技术

当下高增益天线主要采用贴片天线阵列、波导缝隙天线阵列和栅格天线等形式来实现。

（1）背腔贴片天线阵列：传统的贴片阵列天线Q值高、带宽较窄，采用背腔的贴片天线可以改善带宽和提高增益。文章（Y. Li and K. M. Luk, “A low-cost high gainsubstrate integrated waveguide fed patch antenna array for 60-GHzapplications,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 62, no. 11, pp. 5531–5538,Nov. 2014.）提出了一种基片集成波导（SIW）馈电的贴片天线阵列，采用具有宽带T形结和宽带高增益背腔式贴片天线的单层SIW馈电网络，可同时实现高增益和宽带性能，采用有多层PCB结构，最后堆叠固定，实现了4×4单元仿真和测量阻抗带宽27.5％和22.6％以及19.6dBi的增益。但是，背腔贴片天线阵列的缺点是采用6层PCB结构，层数较多、结构较复杂、不易于封装集成。

（2）波导缝隙阵列：传统的缝隙阵列由波导或衬底集成波导（SIW）串联馈电，带宽有限，文章（S. Liao, P. Chen, P. Wu, K. M. Shum, and Q. Xue, “Substrate-integrated waveguide-based 60-GHz resonant slotted waveguide arrays with wideimpedance bandwidth and high gain,” IEEE Trans. Antennas Propag.,vol. 63, no.7, pp. 2922–2931, Jul. 2015.）使用了不同谐振频率的缝隙，并且通过沿SIW不等间距开缝隙，产生不同谐振频率的谐振缝隙，并且使不同谐振槽的激励电压的方差最小化，设计缝隙的尺寸和位置来提高阵列的阻抗带宽和增益。4×4、8×4和8×8单元的阵列，阻抗带宽分别为20.8％、22.4％及18.8％，峰值增益分别为18.3、19.9和22.8 dBi。但是，波导缝隙天线阵列的缺点是旁瓣较高，且谐振缝隙设置的优化算法比较繁琐和复杂，不适合普通应用。

（3）栅格天线阵列：作为谐振天线，当峰值增益随阵列规模增加时，增益带宽是有限的。文章（B. Zhang, D. Titz, F. Ferrero, C. Luxey, and Y. P. Zhang,“Integration of quadruple linearly-polarized microstrip grid array antennasfor 60-GHz antenna-in-package applications,” IEEE Trans. Compon.,Packag.,Manuf. Technol., vol. 3, no. 8, pp. 1293–1300, Aug. 2013.）提出了一种带有子栅格阵列和多个馈电点的栅格阵列天线改善带宽，当相邻的子栅格阵列正交排列并且四个馈源以顺时针或逆时针90°相增量被激励时，水平和垂直电场分量可以合并为右旋或左旋圆极化无线电波以实现圆极化的栅格天线。4个单元的栅格阵列天线-10db阻抗带宽为18.7％，峰值增益为17.7 dBi。但是，栅格天线的缺点是馈电网络较为复杂，且效率不高。

发明内容