[发明专利]一种面向5G毫米波双频段应用的混合天线

说明书

本发明涉及一种面向5G毫米波双频段应用的混合天线，包括自下而上依次层叠设置的第一介质基板、金属反射地板和第二介质基板，金属反射地板的中央设置有耦合缝隙，第一介质基板的底面设置有对应的微带馈线，第二介质基板的上表面设置其中央嵌有介质薄片的第三介质基板，介质薄片的介电常数高于第三介质基板的介电常数；第三介质基板上印刷有围绕介质薄片设置的金属条带。本发明首次采用金属带条‑缝隙‑介质谐振器混合天线方案，实现5G毫米波双频段应用。主要解决现有的毫米波天线设计中存在的天线带宽较窄、平面尺寸大、剖面高度高、各频段不易单独调节等问题。

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种面向5G毫米波双频段应用的贴片-缝隙-介质谐振器混合天线。

背景技术

毫米波技术是第五代移动通信技术实现高数据速率无线通信的关键因素。目前世界范围内授权的5G毫米波频段为n257(26.5-29.5GHz)、n258(24.25-27.5GHz)、n260(37.0-40.0GHz)和n261(27.5-28.35GHz)，一般来说，n257、n258和n261频段被划分为28GHz频段，而n260频段被划分为39GHz频段；另一方面，考虑到毫米波蜂窝网的实际应用以及市场的消费导向均高度追求设备的小型化与轻薄化。在此背景下，就天线技术领域而言，设计一款毫米波小型化低剖面的天线具有重要的研究意义。

在同一个天线中为了覆盖28GHz和39GHz这两个毫米波热点频段可以有双频段天线以及宽频段天线两种实现方式。宽频段天线如果同时覆盖28GHz和39GHz这两个频段，需要的带宽为50％以上，因此导致天线的设计难度大，结构复杂；双频段天线通过采用一个辐射单元或多个辐射单元来实现双频段工作。相较于宽频段天线，双频段天线制作方便，简化了系统，降低了总成本。毫米波双频段天线通常有三种实现方法，第一种是单个辐射单元产生多个谐振模式从而实现双频段天线，但是通常每个频段不易单独调节且实现的带宽很窄；第二种是采用多个辐射单元，每个谐振单元分别产生一个独立的谐振从而实现双频段天线，优点是各频段可以单独调节，缺点是容易导致天线的尺寸较大且难以实现两个频段的宽带；第三种方法是将前两种方法结合实现双频段宽频天线，该方法是最好的实现方式，但是目前仅有的一个设计依然存在天线尺寸过大的问题，无法满足毫米波蜂窝网的波束扫描阵列应用需求。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的毫米波天线设计中存在的天线带宽较窄、平面尺寸大、剖面高度高、各频段不易单独调节等问题，提出一种面向5G毫米波双频段应用的混合天线，实现5G毫米波双频段应用。

为了实现本发明目的，本发明提供的一种面向5G毫米波双频段应用的混合天线，包括自下而上依次层叠设置的第一介质基板、金属反射地板和第二介质基板，金属反射地板的中央设置有耦合缝隙，第一介质基板的底面设置有对应的微带馈线，其特征在于：所述第二介质基板的上表面设置其中央嵌有介质薄片的第三介质基板，所述介质薄片的介电常数高于第三介质基板的介电常数；所述第三介质基板上印刷有覆盖介质薄片或围绕介质薄片设置的金属条带。

进一步的，微带馈线上设置有匹配枝节。

首先，本发明采用缝隙给混合结构馈电，且缝隙本身也可以作为一个辐射单元提供一个谐振点在28GHz频段；其次，采用高介电常数的介质薄片与低介电常数介质基板相结合的低剖面的层叠型介质谐振器天线设计，产生了基模TE₁₁₁和高次模TE₁₃₁这两个模式在39GHz频段；然后，在天线顶层印刷一层金属条带在28GHz频段引入一个谐振点进一步拓展其带宽；在28GHz频段和39GHz频段均存在两个谐振点，实现了毫米波双频段宽频设计，覆盖范围为26.32GHz-30.41GHz，35.65GHz-40.35GHz；最后，在馈电微带线上引入匹配枝节调节各个频段的阻抗匹配。