[发明专利]一比特可重构毫米波阵列天线

说明书

本发明提供一种用于移动终端的一比特可重构毫米波阵列天线，该天线实现了随机相位无栅瓣的功能，天线不仅在四单元或单极化上可用，也可在八单元乃至更多单元、双极化上使用。该可重构阵列天线由四个可重构的一位微带贴片天线元件组成。每个贴片天线元件由地面上的开槽馈电。一比特贴片天线通过选择微带线的馈电方向实现‑π或0相位。该发明应用固定相位来减轻一比特相位量化误差的负面影响。该发明阵列在不同波束方向上的重叠‑10dB阻抗带宽达到3GHz(25‑28GHz)。在26‑28GHz的频率范围内，具有固定相位的阵列可以在没有光栅波瓣的情况下控制主波束相位范围在‑34°～35°之间，控制波束实现了良好的阵列增益、正常范围内的旁瓣电平以及低交叉极化的指标。

技术领域

本发明属于通信设备技术领域，涉及一种毫米波阵列天线，具体涉及一种一比特可重构毫米波阵列天线。

背景技术

近年来，用于移动终端的毫米波天线取得了重大进展。但对于移动终端来说，成本和占用空间是天线设计的两个重要因素，具有更低成本、占用空间更小的毫米波阵列天线始终是天线工程师追求的目标。在IEEE公开发表论文中，分别设计了一个60GHz网状网格相控阵天线模块；一种具有8GHz(25-33GHz)的宽带宽紧凑型四模毫米波阵列天线；一种在24-28GHz频率下工作的具有高天线增益和宽波束覆盖范围电容耦合贴片阵列天线；一种紧凑型双极化磁电平面覆盖23.5-28GHz的八木阵列天线；一种垂直极化的端火平面折叠槽天线；宽带毫米波双极化终端发射阵列天线。论文《Integrated millimeter-wave widebandend-fire 5G beam steerable array and low-frequency 4G LTE antenna in mobileterminals》分析了金属边框对毫米波天线的影响，并建议使用光栅条和寄生辐射贴片来减轻负面影响。在论文《Co-designed mm-wave and LTE handset antennas》中，金属边框中的矩形窗口用于安装毫米波阵列天线，以便毫米波阵列可以直接通过矩形窗口辐射功率。这种实用的解决方案已被一些商用5G移动终端采用，例如带有微毫米波窗口的AppleiPhone 12。此外，毫米波阵列天线也可以通过移动终端金属边框上的开槽直接实现。

虽然上述研究的毫米波阵列天线具有优越的性能，能够满足5G移动终端的一些要求，但通常需要增加移相器来控制波束方向。对于n位移相器，可以提供2n个可用的量化相位，步进为-2π/2n。阵列的每个元素都可以选择最近的可用量化相位来替换所需的相位。在公开文献中，提出了具有五位，四位，三位和两位移相器的阵列天线，这些阵列可以将波束引导到所需的方向。然而，事实上，每个单元的量子化相位通常与所需的相位不同，并且总是会发生相位量化误差。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种无需额外的移相器即可实现合理的波束控制性能的毫米波阵列天线，从而克服手机天线尺寸的减小、手机中复杂的电磁环境所带来的影响，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种一比特可重构毫米波阵列天线，其特征在于，包括：多个天线单元，呈阵列排布，构成一比特阵列，其中，每个所述天线单元包括自上而下依次层叠设置的辐射层、天线介质层、金属地面、馈电介质层以及馈电线层，所述金属地面上开设有馈电槽，所述馈电线层上形成有馈电传输线路，所述辐射层通过所述馈电槽以及所述馈电传输线路与馈电源导通连接，所述馈电传输线路包括两个二极管，用于使所述天线单元的辐射电场的相位仅为第一预定相位或第二预定相位，从而实现随机相位无无栅瓣的功能。

本发明提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述第一预定相位为0，所述第二预定相位为-π。

本发明提供的一比特可重构毫米波阵列天线，还可以具有这样的技术特征，其中，所述辐射层为矩形金属辐射贴片，其长度为2.7mm，宽度为2.7mm。