[发明专利]宽频带毫米波介质谐振器天线单元及由其组成的阵列结构

权利要求书

1.一种宽频带毫米波介质谐振器天线单元，其特征在于，所述的天线单元从上至下依次为：介质块(1)、顶层介质基板(2)、金属地板(3)、粘合层(5)、底层介质基板(6)、天线馈电结构，具体如下：

所述的顶层为高介电常数的长方体介质块(1)，在介质块(1)内部引入空气孔(9)，用于改善阻抗匹配，使天线的四个模式分布在工作频段21-43.65GHz的毫米波频率范围内；介质块(1)中心位置不引入空气孔(9)；

所述的低介电常数的中间层介质基板(2)位于介质块(1)下方；

所述的顶层介质基板(2)下层为金属地板(3)，金属地板(3)中间有一个耦合缝隙结构(4)；

所述的金属地板(3)通过下层的粘合层(5)与底层低介电常数的底层介质基板(6)粘合；

所述的底层介质基板(6)的下层为天线馈电结构，包括微带线(7)，微带线的阻抗变换结构即阻抗变换线(8)；射频信号馈入微带线(7)中，微带线(7)经过阻抗变换进行更好地阻抗匹配；缝隙结构(4)与微带线(7)、阻抗变换线(8)相互垂直，微带线中的能量通过缝隙结构(4)耦合到顶层介质块(1)中；

所述天线单元在工作频段内共有四个谐振模式，分别为介质谐振器的基模TE_1δ1、由介质谐振器中心构成的基模TE_1δ1、沿x轴方向的三次模TE_3δ1、沿y方向的三次模TE_δ31；利用多层结构，激励起天线的多个模式，将基模与高次模结合起来实现宽带宽特性。

2.根据权利要求1所述的一种宽频带毫米波介质谐振器天线单元，其特征在于，所述的金属地板(3)中的耦合缝隙结构(4)变为H型，组合后，与微带线(7)、阻抗变换线(8)相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种宽频带毫米波介质谐振器天线单元，其特征在于，所述的顶层介质块(1)的介电常数不小于10；所述的中间层介质基板(2)及底层介质基板(6)采用相同的介电常数，选用介电常数不大于10；所述的粘合层(5)材料选用的介电常数应不大于10。

4.一种宽频带毫米波介质谐振器天线阵列，其特征在于，所述宽频带毫米波介质谐振器天线阵列由N个结构相同的权利要求1-3任一所述的宽带介质谐振器天线单元组成，组成1×N天线阵列，实现高增益及扫描特性，天线单元元件之间通过介质臂(11)连接，其中，介质臂(11)的材质与介质块(1)相同。

5.根据权利要求4所述的一种宽频带毫米波介质谐振器天线阵列，其特征在于，所述的介质谐振器天线阵列可以在24-40GHz的频率范围内工作，可对目标频段进行全覆盖，相对带宽为50％；同时天线阵列可实现14.75dBi的峰值增益。

6.根据权利要求4所述的一种宽频带毫米波介质谐振器天线阵列，其特征在于，在介质臂中引入金属孔(12)和金属柱(13)，金属柱(13)位于介质臂(11)的中心，金属孔(12)位于金属柱(13)上下两侧；采用金属柱(13)和金属孔(12)相结合的方式提高单元与单元之间的隔离度，进一步提高介质谐振器天线的扫描特性。

7.根据权利要求4所述的一种宽频带毫米波介质谐振器天线阵列，其特征在于，所述的天线阵列中，相邻天线单元中心点之间的距离为0.48λ₀，其中λ₀表示工作带宽中心频率对应的波长。

8.根据权利要求4所述的一种宽频带毫米波介质谐振器天线阵列，其特征在于，所述天线阵列中，为了使阵列具有更好的扫描特性，每个介质块(1)内部空气孔(9)中的中心两排空气孔向内缩进。