[发明专利]一种金属腔体毫米波天线

说明书

本发明公开了一种金属腔体毫米波天线，其包括，金属盖板，金属盖板上开有四个辐射口；金属腔体，用于接收电磁波产生谐振；四个金属块体，均匀地置于金属腔内，与腔体底面相连接，与上方四个辐射口共用同一个腔体，形成四个辐射单元，每个金属块的上表面有沿X轴方向的电流，形成一个面电流辐射结构；通过在腔体上方添加金属盖板，每个金属块平行于Y轴的两边与辐射口形成辐射双缝，等效为两个磁流辐射结构。四个辐射单元共用同一个腔体和一个馈电耦合缝隙，使天线结构得到简化；天线的厚度小于一个波长，具有低剖面的特性；整个天线为纯金属结构，避免了介质损耗问题，本发明天线具有低剖面、高增益、低损耗和高效率的特性。

技术领域

本发明涉及毫米波天线领域，具体涉及一种金属腔体毫米波天线。

背景技术

现代无线通信网络已经成为支撑经济繁荣和国家竞争力的基础，并成为人类社会信息共享与协作的基础平台。随着高速率和高安全无线传输需求的增加，毫米波由于具有频带宽、波束窄、传输速率快、抗干扰能力强等优点，其在空间通信、精确制导和高分辨率成像等领域被广泛研究。新兴的高速数据传输毫米波无线系统对低剖面、高增益、高效率和低成本天线有很大的需求。作为无线通信系统的重要组成部分，毫米波天线近年来需求越来越大，具有广阔的应用前景和重要的研究价值。

毫米波天线在提供宽带、低时延、高容量通信的同时，也存在衰减大、穿透能力差等缺点。传统的微带天线、基片集成腔天线由于存在介质损耗，会降低天线的效率，而纯金属结构天线可以避免介质损耗问题，一般具有较高的效率和增益。其中，常见的金属结构天线为背腔天线，磁电偶极子天线等，背腔天线谐振模式多为基模，不能达到高增益效果；电磁偶极子天线，一般单元结构边长约为一个波长，效率较低。

近年来，由于60GHz频段的开放，毫米波天线的设计主要集中在该频段。而在E波段，由于具有较低的空气损耗，形成了良好的大气窗口，具有很好的应用前景。然而，基于E波段的低剖面、低损耗、高效率毫米波天线的发明研究非常少。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决毫米波天线无法兼具低剖面、低损耗，高增益和高效率性能的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种金属腔体毫米波天线，包括四个辐射单元，共用一个金属腔体；整个天线逐层由上至下分别为开有辐射口的金属盖板、加载金属块的金属腔体和馈电波导。四个金属块体底面与腔体相连接，每个金属块与上方辐射口形成一个辐射单元。每个金属块体是一个简化的面电流，通过在腔体上方添加金属盖板，金属块沿Y轴方向与辐射口形成两个平行的辐射纵缝，等效为两个磁流辐射结构。

进一步的，所述金属盖板由一层金属板构成，金属板上开有四个辐射口，金属盖板长宽与金属腔体相同，置于金属腔体上方。四个辐射口形状相同，相邻两个辐射口，关于X轴或Y轴对称，中心分别位于辐射盖板边长四分之一处；辐射口形状可为长方形或正方形，沿X轴或Y轴边长的尺寸均介于0.5λ₀～λ₀之间(λ₀为天线中心工作频率对应的空气中的波长)，且大于腔内金属块边长。

进一步的，金属块体边长的尺寸介于0.4λ₀～0.8λ₀之间，小于辐射口面边长，每个金属块表面为沿X轴方向电流，形成面电流辐射；同时，金属块与上层辐射口形成上下左右四个缝隙，其中，平行于Y轴的两个平行纵缝，等效为两个磁流辐射结构，平行纵缝处电场沿X轴方向，相位相同，为天线的主极化；上下两个横缝平行于X轴，横缝处电场为沿Y轴方向的交叉极化电场，因为同一横缝两侧的交叉极化电场相位相反，所以在天线远场可以互相抵消，降低天线的交叉极化水平。

进一步的，金属腔体底面设有耦合缝隙用于电磁波的耦合，耦合缝隙长边平行于Y轴，位于腔体底面的正中间。

进一步的，金属腔体为正方形，四个金属块体以2×2方式均匀分布在腔体内部，每个金属块与正上方辐射口的中心坐标相同，电场在金属块体与辐射口面形成的平行辐射纵缝处形成最大值。