[发明专利]一种用于毫米波通信系统的宽带端射天线阵列

说明书

本发明公开了一种用于毫米波通信系统的宽带端射天线阵列。利用基片集成同轴线（SICL）设计功分网络，选择具有宽频带工作范围的电磁偶极子天线作为辐射单元，并用平面L型探针激励天线，实现了一种宽带且高增益的天线阵列。本发明中的SICL宽带功分网络，相比基片集成波导传输结构设计的功分网络在毫米波频段有更宽的工作带宽，相比微带线、共面波导传输结构设计的功分网络在毫米波频段有更低的损耗。本发明中的端射天线阵列具有宽阻抗带宽和辐射方向图带宽的优势。

技术领域

本发明利用基片集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line,SICL)传输结构设计宽带功分网络，利用平面L型探针激励电磁偶极子天线，发明了一种用于毫米波通信的宽带端射天线阵列，属于天线技术领域。

背景技术

天线是无线移动通信系统和雷达系统的重要组成部分。无线通信和雷达的快速发展，对体积小、成本低、高增益以及易集成的天线产生迫切需求。由于宽带系统的需求，宽带毫米波天线近年来被广泛的研究。具有端射辐射特性的天线，由于其辐射方向平行于馈电网络，所以相比前射天线，端射天线更容易与射频电路进行集成，也更容易设计多波束和高增益的天线阵列。

但由于馈电网络带宽和天线单元带宽的限制，毫米波频段的天线阵列的带宽一般不超过40％。在毫米波频段，合适的宽带低损耗馈电网络和易于多层印刷电路板(PrintedCircuit Board，PCB)加工集成的宽带天线单元，是实现宽带端射天线阵列的两个关键因素。

发明内容

发明目的：本发明采用SICL技术，提供了一种可以满足无线通信系统需要的、可应用于微波毫米波频段的、易于设计和加工、低剖面易于平面集成的宽带低损耗的功分网络；利用平面L型探针和功分网络的输出端口直接连接，激励宽带电磁偶极子天线，天线阵列和功分网络位于相互垂直的两个平面；利用适用毫米波频段的宽带低损耗的馈电网络和宽带的天线阵元，实现宽带的毫米波宽带端射天线阵列。

技术方案：一种用于毫米波通信系统的宽带端射天线阵列，利用由SICL设计的宽带低损耗的功分网络、由平面L型探针激励的电磁偶极子天线。

天线阵列的馈电网络，即功分网络，利用SICL传输结构设计而成，SICL的主模TEM模为功分网络的传输模式，设计中避免高次模的出现。功分网络由多个T型结和多个二项式阻抗变换器构成。T型结采用圆弧转角以降低损耗；阻抗变换器插入在不同级的T型结之间，避免多次功分后带来高阻抗值的传输线。

天线阵列和功分网络位于相互垂直的两个平面，平面L型探针和功分网络的输出端口相连，与功分网络共面。探针激励电磁偶极子天线，实现能量平行于馈电网络的传递和辐射。电磁偶极子天线的尺寸影响天线的工作频率，平面L型探针的尺寸在一定程度上影响天线的工作带宽。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的用于毫米波通信系统的宽带端射天线阵列，具有如下优点：

(1)该天线阵列采用SICL功分网络进行馈电，该SICL功分网络与微带线或基片集成波导(Substrate Intergrated Waveguide,SIW)功分网络相比，具有更加宽的工作频率。同时SICL功分网络具有低损耗的优异性能，且该结构为平面结构、易于集成、加工简单。本发明的一分十六的功分网络实现指标：

1)|S₁₁|＜-15dB的相对带宽：109.6％；

2)插入损耗13.4dB；

3)输出的十六个端口之间功率差绝对值0.5dB

(2)该天线阵列采用的平面L型探针，避免了传统毫米波频段下L型探针的垂直互联结构，使L型探针的可控参数更多，天线带宽得到进一步的展宽。