[发明专利]毫米波天线级封装中宽带半椭圆缝隙天线阵列及设计方法

说明书

毫米波天线级封装中宽带共面波导半椭圆形缝隙天线阵列结构，涉及天线阵列技术领域，解决如何设计阵列带宽大、增益高、易于集成的适用于窄长直场景中的天线阵列；包括天线阵列辐射组件、天线阵馈电组件、GCPW到CPW过渡结构；天线阵馈电组件通过GCPW到CPW过渡结构、矩形CPW馈线激励对应的天线单元；天线单元包括在微波介质基板上表面第一金属接地板的刻蚀半椭圆形缝隙和开路扇形枝节，半椭圆形缝隙为扇形枝节的扇形外边缘与第一金属接地板刻蚀的缝隙，开路扇形枝节的扇形弧对应的弦的中点到周围第一金属接地板的距离按照半椭圆形逐渐变化，与传统圆形和椭圆缝隙结构相比，缩短了缝隙宽度，提高了阵列辐射效果，具有更大的阵列带宽和增益。

技术领域

本发明属于毫米波通信和探测天线级封装系统中天线阵列技术领域，具体涉及毫米波天线级封装中宽带半椭圆缝隙天线阵列及设计方法。

背景技术

当前随着全球通信业务的迅速发展，作为未来个人通信主要手段的无线移动通信技术己引起了人们的极大关注，在整个无线通讯系统中，天线是将射频信号转化为无线信号的关键器件，其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。目前在天线领域中，毫米波宽带天线这类新型天线因传输速率高、系统容量大、空间分辨和目标识别能力强，尺寸小以集成等优点而备受关注。

随各种场景下的高速通信和高分辨率探测需求不断升高，针对超长街道、长桥、隧道、高速公路、铁路、地铁和走廊等窄长直场景中的通信与探测系统的需求，天线阵列需要具有双向辐射效果，且为满足通信和探测设备的高速率，高分辨率需求，天线需具有宽带工作性能。

采用共面波导(CPW)结构的缝隙天线可以实现双向辐射效果，且共面波导结构以其低剖面，易集成，与微带结构相比更低的损耗和更大的阻抗带宽的优点，是针对超长街道、长桥、隧道、高速公路、铁路、地铁和走廊等窄长直场景中的通信与探测天线级系统中天线阵列结构的优秀选择。多种类型的共面波导缝隙天线相继被提出。

现有技术中，Horng-Dean Chen提出了具有宽阻抗枝节的方形缝隙天线结构，将天线的工作相对带宽提升到超过60％，F.Muge在其研究基础上设计了1×4的天线阵列，但单元缝隙间耦合降低了阵列带宽和增益；Evangelos S.等学者提出了圆形和椭圆形缝隙结构的宽阻抗枝节的宽带缝隙天线，但其较大尺寸阻碍了高性能小型化的阵列设计；传统结构缝隙天线单无法实现良好的阵列效果，有些小型化的缝隙天线阵列则因过近的阵元相互耦合造成增益较低，有些具有较好增益的缝隙天线阵列则工作带宽较窄，无法适应宽带要求，无法满足面向窄长直场景宽带高增益的天线级封装系统中双向缝隙天线阵列需求。

那么，如何在天线阵列具有双向辐射特性的前提下，提高天线的阻抗带宽，同时具有良好的阵列增益和稳定的方向图效果，且易于集成化为面向窄长直场景中的高速率和高分辨率通信与探测系统中天线阵列急需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何设计一种阵列带宽大、增益高、易于集成的适用于窄长直场景中的天线阵列。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。