[发明专利]一种双极化毫米波天线单元及天线阵列

说明书

本发明提供了一种双极化毫米波天线单元及天线阵列，包括从上往下包括四层介质板，采用中文字体“囍”字作为该毫米波艺术天线的辐射贴片，由于该字体具有对称的结构，实现了双极化，提高天线的信道容量，还拓宽了频带的利用率。此外，由于采用了高阶模谐振腔的一分四的功分器，使天线的物理尺寸小型化。圆极化天线在适应不同极化天线之间有更好匹配的先天优势。由于使用将线极化子阵列转为圆极化大阵列的缘故，故两个端口之间具有较高的隔离度。此外，通过使用线圆转换技术，还降低了生产制造的成本。该毫米波艺术天线能够覆盖24.75‑27.5GHz频段，使用不同的馈电网络实现了双线极化的阵列和双圆极化的阵列。因此，该天线同时具备高增益、高端口隔离度、圆线转换的特性。

[技术领域]

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种双极化毫米波天线单元及天线阵列。

[背景技术]

随着现代移动通信的发展，设备的使用频率往高频率的方向演进。根据中国工信部发布的标准，中国5G毫米波频段为24.75GHz-27.5GHz。设计一款适用于中国5G毫米波频段的艺术天线是很有必要的，这样既起到传播电磁波的功能，也起到了传播中国文化的功能。为了提高天线的信道容量，和提高频带的利用率，研究双极化天线是必要的，由于随着频率的升高信号在传输过程中衰减比较严重，所以制备高增益的天线是很有必要的。同时由于圆极化在解决多径问题和极化不匹配方面有更好的优势，所以圆极化天线研究是必要的。

双极化毫米波艺术天线，由于中文字体形状固定，其电流的方向难以控制，要使其两个极化的带宽都能够覆盖中国毫米波(24.75GHz-27.5GHz,10.5％)的频段，其馈电位置的选择是一个难点。没有好的馈电位置和对称的字体，会使辐射方向图出现变形，不能实现双极化。为了既能实现双极化，又能实现对称的方向图，需要选择对称的字体，和合理的馈电位置。所以现有的中文艺术天线要么只实现了单极化，要么只实现了较窄的带宽。

对于将线极化的小阵列转换为圆极化大阵列，要实现不对称的相邻两个端口之间有90°相位差的馈电网络是一个难点。通常隔离度也是双圆极化天线的难点，一般的双圆极化天线的隔离度均小于20dB，隔离度低证明两个端口之间的互耦严重，两个信号之间的信号有干扰。

[发明内容]

本发明目的是提供一款能够覆盖24.75-27.5GHz频段的毫米波艺术天线，使用不同的馈电网络实现了双线极化的阵列和双圆极化的阵列。

本发明的技术方案如下：

一种双极化毫米波天线单元，包括从上往下依次为第一介质板、第二介质板、第三介质板、第四介质板，所述第一介质板上设有四片朝向相同的辐射贴片，所述第二介质板上表面蚀刻着四个相同的十字耦合缝隙，整个介质板充当一个一分四的功分器，第二介质板也设有金属化过孔将第二介质板的上下表面覆铜藕接，形成高阶模谐振腔；所述第三介质板和第四介质板设有馈电结构，所述第三介质板上表面蚀刻着一个十字耦合缝隙，所述第四介质板的上表面蚀刻着一个一字耦合缝隙，还包括互相垂直的输入端口一和输入端口二，所述输入端口一设置在第三介质板上，所述输入端口二设置在第四介质板上，所述第三介质板与第四介质板的上下表面均覆铜。

进一步地，所述四块辐射贴片以2*2的方式设置在所述第一介质板上表面，且四块辐射贴片作为子单元相互分离，形成天线单元的天线辐射臂。

进一步地，所述辐射贴片为左右对称的囍字形金属片。

进一步地，所述第二介质板的十字耦合缝隙的几何中心与单个辐射贴片的几何中心位置相对应。

进一步地，所述第三介质板的十字耦合缝隙的几何中心与第二介质板的四个十字耦合缝隙的几何中心位置相对应；所述第四介质板的一字耦合缝隙的几何中心与第三介质板的十字耦合缝隙的几何中心位置相对应。