[发明专利]一种通信用宽带宽角扫描天线单元

说明书

本发明公开了一种通信用宽带宽角扫描天线单元，属于微波天线技术领域。本发明的天线单元包括依次压合在一起的矩形贴片、第一芯板、第一半固化片、第二芯板、第二半固化片、缝隙耦合馈电层、基片集成波导背腔和射频金属地；其中缝隙耦合馈电层和射频金属地通过分布在射频金属地边缘的金属化屏蔽过孔连接，形成基片集成波导背腔；垂直馈电过孔贯穿第一芯板、第一半固化片、第二芯板、第二半固化片、缝隙耦合馈电层、基片集成波导背腔和射频金属地；第一芯板的介电常数低于基片集成波导背腔中填充介质的介电常数，第一半固化片、第二半固化片和第二芯板的介电常数低于第一芯板的介电常数。本发明具备低剖面、宽角宽带扫描、低成本、印刷形式一体化集成且电性能优良的优点。

技术领域

本发明属于天线微波技术领域，具体涉及一种通信用宽带宽角扫描天线单元。

背景技术

第五代移动通信技术(5G)相比目前商用的第四代移动通信技术，其数据传输速率将增长数十倍达到数千兆比特每秒(Gbps)，其端到端的延迟性能将会由十几毫秒降低至几毫秒，其系统容量和可连接设备数也将实现百倍以上的增长。5G网络商用，将为智慧城市、物联网、车联网、无人机网络等概念带来革命性变化，并带来工业、医疗、安全等领域效能的显著提高，蕴含巨大经济和社会效益。

5G大规模有源相控阵天线是构建5G大规模MIMO系统的核心关键技术之一。与传统基站天线不同，大规模MIMO天线将采用大规模、全有源、小型化、高效率的新型基站天线架构，支持多用户波束智能赋形，减少用户间干扰，改善无线信号覆盖性能。大规模天线能够通过阵列增益和干扰抑制等方式，使得小区总的频谱效率和边缘用户的频谱效率得到极大的提升。同时，较大的阵列增益降低了发射功率，降低基站能耗。然而，毫米波频段的有源相控阵天线阵列给系统带来了巨大的设计困难和挑战，特别是天线单元的低成本与高集成实现。

相控阵的辐射特性取决于天线单元的设计和单元的组阵方式，天线单元的不同形式选择也影响着相控阵列的结构及馈电网络的设计。性能满足技术指标要求，能够实现工作在指定频段、支持宽角扫描的低成本和高集成度的天线单元，是毫米波5G相控阵天线研制的首要任务。

发明内容

本发明目的是提供一种通信用宽带宽角扫描天线单元，具备低剖面、宽角宽带扫描、低成本、印刷形式一体化集成且电性能优良的优点。

具体地说，一方面，本发明提供了一种通信用宽带宽角扫描天线单元，包括依次压合在一起的矩形贴片、第一芯板、第一半固化片、第二芯板、第二半固化片、缝隙耦合馈电层、基片集成波导背腔和射频金属地；

其中，缝隙耦合馈电层上设置有方孔，矩形贴片的中心与方孔的中心一致；缝隙耦合馈电层和射频金属地通过分布在射频金属地边缘的金属化屏蔽过孔连接，形成基片集成波导背腔；

所述通信用宽带宽角扫描天线单元还包括垂直馈电过孔，所述垂直馈电过孔贯穿第一芯板、第一半固化片、第二芯板、第二半固化片、缝隙耦合馈电层、基片集成波导背腔和射频金属地；

所述第一芯板的介电常数低于基片集成波导背腔中填充介质的介电常数，第一半固化片、第二半固化片和第二芯板的介电常数低于第一芯板的介电常数。

进一步的，所述垂直馈电过孔设置在天线单元中部，矩形贴片的中线外延线上。

进一步的，所述通信用宽带宽角扫描天线单元还包括对称设置在垂直馈电过孔两侧的两列金属化调节过孔，连接缝隙耦合馈电层和射频金属地。

进一步的，所述金属化调节过孔包括在缝隙耦合馈电层所在平面上相互垂直分布的若干过孔。

进一步的，所述第二芯板的介电常数低于第一半固化片和第二半固化片的介电常数。

进一步的，所述第一芯板的介电常数为6.15，第一半固化片和第二半固化片的介电常数为2.8，第二芯板的介电常数为2.2，基片集成波导背腔内填充介质的介电常数为10.2。