[发明专利]一种毫米波宽频段基片集成混合介质谐振器天线

说明书

本发明公开一种毫米波宽频段基片集成混合介质谐振器天线，包括：由上到下依次层叠设置的高介电常数的第一介质基片、低介电常数的第二介质基片及低介电常数的第三介质基片；其中第一介质基片与第二介质基片通过第一粘接片粘接；第二介质基片与第三介质基片通过第二粘接片粘接；第二介质基片的上表面中央印刷有金属环贴片；第三介质基片的上表面设置有金属地平面，金属地平面上刻蚀有馈电缝隙；第三介质基片的下表面设置有微带线；其中第一介质基片与第二介质基片组成介质谐振器以提供第一谐振模式及第四谐振模式，馈电缝隙作为缝隙谐振器以提供第二谐振模式，金属环贴片作为金属环贴片谐振器以提供第三谐振模式。

技术领域

本发明涉及毫米波天线设计技术领域，特别涉及一种毫米波宽频段基片集成混合介质谐振器天线。

背景技术

终端毫米波天线设计目前存在两方面的难点。一方面，世界范围内授权的5G毫米波频段为n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.5GHz)、n260(37.0-40.0GHz)和n261(27.5-28.35GHz)，终端毫米波天线需对上述频段进行全覆盖。另一方面，终端毫米波天线需以相控波束扫描阵列的形式来实现，以其高增益来弥补毫米波频段高传输损耗的缺点，以其宽角波束扫描能力来解决大角度覆盖的问题。然而，为了实现宽角波束扫描效果以及避免栅瓣等问题的出现，天线阵间距应保持在0.5λ₀左右，这就要求天线单元的平面尺寸需至少小于0.4×0.4λ₀²。在此背景下，就终端毫米波天线技术领域而言，设计一款全频段覆盖(24.25GHz-40GHz)且满足小尺寸要求(0.4×0.4λ₀²)的天线具有重要的研究意义以及应用价值。

在目前的毫米波天线设计中，大部分宽带设计无法满足小尺寸的要求，虽然部分天线方案例如电磁偶极子天线以及层叠贴片天线等能够以较小的平面尺寸实现目标频段的全覆盖，但是这类天线的辐射主体均为金属结构，在毫米波频段金属的欧姆损耗会显著增加，将导致辐射效率迅速降低。介质谐振器天线没有金属欧姆损耗，相对于金属类天线而言，具有更高的辐射效率，可以有效解决辐射效率低的问题，是毫米波乃至太赫兹天线的绝佳方案。但是，现有的宽带介质谐振器天线同样无法满足小尺寸的要求，而符合小尺寸要求的介质谐振器天线设计则带宽覆盖较窄，无法实现5G毫米波全频段覆盖。除了带宽较窄，目前的介质谐振器天线大多采用单独加工的陶瓷介质作为辐射主体，这也使得天线的加工和组装变得复杂。

目前的毫米波天线设计存在一些缺点：大部分宽带毫米波天线尺寸过大，难以满足宽角波束扫描的需求，部分以金属结构作为辐射主体的天线设计方案能够以较小的平面尺寸实现目标频段的全覆盖，但是在毫米波频段金属的欧姆损耗会显著增加，将导致辐射效率迅速降低；不具有金属欧姆损耗的介质谐振器天线相较于金属类天线拥有更高的辐射效率，但是，现有的宽带介质谐振器天线同样无法满足小尺寸的要求，而符合小尺寸要求的介质谐振器天线设计则带宽覆盖较窄，无法实现5G毫米波全频段覆盖；此外，现阶段的介质谐振器天线大多采用需要单独加工的陶瓷介质作为辐射主体，这将会增加天线加工和组装时的复杂程度。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种毫米波宽频段基片集成混合介质谐振器天线，能够构造出基片集成介质谐振器-缝隙-金属环贴片的三谐振器混合结构，可以产生四个工作模式从而实现宽带工作。该混合天线方案继承了介质谐振器的高效率优点；结构紧凑，具有较小的平面尺寸可满足阵列的宽角波束扫描要求；支持毫米波目标频段的全覆盖，同时一体化加工成型，加工组装极为便捷。

为了实现上述技术目的，本发明提供了如下技术方案：一种毫米波宽频段基片集成混合介质谐振器天线，包括：