[发明专利]基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线及天线阵列

说明书

本发明提供的基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线及天线阵列，包括：第一电壁、第二电壁和辐射贴片；第一电壁、第二电壁相对辐射贴片对称分布，均包括金属条带和金属通孔组；金属条带位于第一层介质基板的上表面，金属通孔组垂直穿透第一层介质基板、第二层介质基板、第三层介质基板；辐射贴片设置在第三层介质基板的上表面；第三层介质基板的下表面、第四层介质基板的上表面、第四层介质基板的下表面分别对应的设置有第一金属地板、第二金属地板和馈电微带线；金属通孔组连接金属条带和第一金属地板；第一金属地板和第二金属地板上刻有耦合槽线；具有能够提升毫米波信号覆盖范围的有益效果，适用于通信技术领域。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及基于三功能电壁的毫米波宽带宽角扫描天线及天线阵列。

背景技术

毫米波相控阵具有高增益和灵活的波束扫描能力，能有效抵抗毫米波的路径损耗，提升毫米波信号的传播距离和覆盖范围，成为毫米波通信的关键技术之一。

随着日益增长的数据传输需求和广域覆盖的需求，也对毫米波相控阵的带宽和扫描角提出了越来越严格的要求。因此，设计同时兼备宽带和宽扫描角特性的毫米波相控阵具有重要的研究意义和巨大的应用前景。

据调查与了解，已经公开的现有技术如下：

现有技术一，2018年，Yu Bin等人提出了一款应用于5G移动终端的毫米波波束扫描阵列天线；天线单元采用了金属背腔槽线天线，通过在移动终端的金属边框上切槽来实现；为了实现天线单元的小型化，在金属背腔槽里填充了介质；此外，为了展宽天线单元带宽，采用了阶跃式探针馈电代替均匀探针馈电。天线单元实现了8.7%的带宽（27.5-30GHz）。利用改阵元构建了一款1×8的阵列天线，阵列的3dB扫描角可以达到±60°，但是带宽也仅有8.7%（27.5-30GHz），不能同时覆盖5G毫米波的n257（26.5-29.5GHz），n258（24.25-27.5GHz），和n261（27.5-28.35GHz）三个频段。并且其扫描角还有待进一步提升。

现有技术二，2020年，Deng Changjiang等人提出了一款应用于5G移动终端的毫米波串馈相控阵天线。该阵列包含十个天线单元，以直线形式排布。阵列采用了三明治式的层叠结构，包括位于顶层的十个贴片，位于中间层的地（地板上刻有耦合槽线），以及位于底层的馈电微带传输线。通过在底层的馈电微带线添加开关来构建周期分布的移相器，以实现阵列的波束扫描的特性，阵列最终实现了从-53°到68°的共121°的3dB波束覆盖范围；然而其阻抗带宽仅有7.1%（27-29GHz），无法覆盖5G毫米波n257， n258和n261三个频段共19.5%（24.25-29.5GHz）的带宽。

现有技术三，2018年，Khalily Mohsen等人提出一款应用5G的宽带毫米波微带阵列天线。天线单元通过采用嵌入式馈电和堆叠寄生贴片，实现了15.18%（25.55-29.75GHz）的阻抗带宽。利用改阵元构建了一款1×16的线阵，阵列的-15dB阻抗带宽达到了24.4%（24.35-31.13GHz），并采用了非均匀馈电实现了19.88dBi的高增益；然而其阵列的3dB扫描角仅有±54°，无法满足毫米波通信对广域覆盖的要求。

现有技术四，2021年，Dai Xin等人提出了一款应用于5G毫米波的宽带磁电偶极子阵列天线。天线单元采用了孔径耦合磁电偶极子天线。通过在辐射贴片上开槽，一方面延长电流路径以实现阵元的小型化，另一方面改善高次模的辐射特性。天线单元实现了48.8%（24.3-40GHz）的阻抗带宽。利用改阵元构建了一款1×8的阵列，阵列的阻抗带宽覆盖了24-39.5GHz，具有宽带特性。然而其阵列的3dB波束扫描角只有±45°，难以满足毫米波通信对宽覆盖范围的需求。

综上所述，目前毫米波相控阵天线的研究取得了一定的进展，其中有些阵列实现了宽角扫描特性，但是其阻抗带宽相对较窄（10%），无法满足日益增长的数据传输的需求；有些阵列实现了较宽的阻抗带宽，但是其扫描角相对较窄（±60°），无法满足毫米波通信对宽覆盖范围的需求。

发明内容