[发明专利]一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线

说明书

一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线，涉及射频通信领域。包括顶层介质基板，中间层介质基板和底层介质基板，顶层介质基板是一块方形介质板，中间层介质基板的上表面印刷辐射体结构，底层介质基板印刷缝隙耦合馈电网络结构；辐射体结构包括四块对称且相连的寄生贴片，寄生贴片均加载金属化过孔，缝隙耦合馈电网络包括两组正交放置的Y型馈电线及四个耦合矩形缝隙，四个矩形耦合缝隙加载在金属地板上。不引入其他滤波结构，通过改变电偶极子的长度和磁偶极子的高度，可控制低频辐射零点，通过延长在耦合缝隙下的馈电线长度，产生一个高频零点，通过改变耦合缝隙的长度，引入一个新的更高频零点，进而提高高频带外滤波性能。

技术领域

本发明涉及射频通信领域，具体是涉及应用于5G毫米波系统的一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线。

背景技术

5G毫米波技术是5G应用中的一项重要技术，毫米波是指波长为1mm至10mm的电磁波，毫米波具有大带宽、低空口时延和灵活弹性空口配置等独特优势，可满足未来无线通信对系统容量、传输速率和差异化应用等方面的需求。

滤波天线是将天线与滤波功能结合起来的一种新兴技术。滤波天线具有效率高、插入损耗小等优点，有望在现代无线通信系统中得到应用。近年来，实现滤波天线的常规方法有两种，一种是将天线和滤波器级联起来，用天线辐射部分代替滤波器网络的最后一阶谐振器。这种方案通常需要多个串联在一起的谐振器，这不仅增加天线的尺寸，而且引入滤波器网络的插入损耗，不利于应用于5G毫米波系统。第二种方法是在天线辐射部分添加如缝隙、寄生贴片或短路探针等额外结构，这种方法没有引入工作频段内的插入损耗，但是天线的结构复杂度高。

磁电偶极子天线因其宽带大、后瓣小、交叉极化低等优势被广泛应用到无线通信系统中。单极化形式的常规磁电偶极子天线一般由一个水平电偶极子、竖直磁偶极子以及L形金属馈电部分组成，这种天线的E面和H面方向图非常稳定。对于双极化的磁电偶极子天线，为保证极化隔离度，馈电部分需要设计两个高低不平且不相交的馈电L形探针。然而，当频率进入毫米波频段，如果使用高低不平的L形探针意味着两个馈电部分需要印刷在不同高度的介质板上，这导致介质板层数的增加，加工成本及设计复杂度变高。

此外，针对高增益的天线设计，传统的方法是使用天线阵列，然而，如果天线单元个数很多且为双极化天线，馈电网络会更加复杂，在毫米波频段带来的插入损耗影响很大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述天线技术的缺点和不足，提供应用于5G毫米波系统,无需任何滤波器网络以及额外寄生结构，滤波天线单元仅用两层介质板实现，结构简单，无需多个天线单元组阵和相应功率分配馈电网络设计，实现宽频段、高增益、双极化、集成滤波辐射性能的一种毫米波宽频段高增益双极化磁电偶极子滤波天线。

本发明包括顶层介质基板、中间层介质基板和底层介质基板；所述顶层介质基板为高介电常数的介质基板；所述中间层介质基板的上表面印刷辐射体结构，辐射体结构通过金属化过孔连接到介质基板的下表面，形成磁电偶极子结构；所述底层介质基板印刷缝隙耦合馈电网络结构。

所述顶层介质基板的形状包括但不限于方形。

所述辐射体结构包括四块对称且相连的方形寄生贴片。

所述缝隙耦合馈电网络结构包括两组正交放置的Y型馈电线以及四个单独的耦合缝隙，所述耦合缝隙加载在金属地板上，所述金属地板和Y型馈电分别印刷在底层介质基板的上下表面，所述中间层介质基板上表面寄生贴片通过加载金属化过孔连接到底层介质基板上表面金属地板。

所述磁电偶极子结构的电偶极子长度和磁偶极子高度共同控制低频辐射零点1，磁电偶极子长度与高度之和约为低频辐射零点所在频点对应波长的1/4。

所述耦合缝隙包括四个两两正交的矩形缝隙。

所述缝隙耦合馈电网络包括两路微带线，分别经过耦合缝隙后进行延伸，通过耦合缝隙耦合到中间层介质基板的磁电偶极子结构进行辐射。