高孔径效率天线的制作方法

1.本实用新型涉及无线通信技术领域，具体的，涉及一种高孔径效率天线。


背景技术：

2.天线孔径效率是衡量天线增益与天线面积关系的重要指标。已报道的部分毫米波天线使用大的馈电网络实现高增益，但牺牲了平面尺寸，导致天线的孔径效率较低。在研究有效的面积下，提高天线的增益，同时进一步提高天线的孔径效率是很重要的。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种高孔径效率天线，在具有较高的增益的同时，还能提高天线的孔径效率。
4.为了实现上述目的，本实用新型提供一种高孔径效率天线，包括：激励组件，设在第一基板上，包括若干激励单元，所述激励单元包括设在第一基板上下表面的金属环、贯穿第一基板并连通上下表面金属环的若干金属过孔；辐射组件，设在第二基板上，包括2
×
2阵列的十字耦合缝隙及其外周的金属过孔；第一馈电网络，设在第三基板上，包括与所述辐射组件中心相向的十字耦合缝隙及其外周的金属过孔和第一馈电端口；第二馈电网络，设在第四基板上，包括与所述辐射组件中心相向的一字耦合缝隙及其外周的金属过孔和第二馈电端口；其中所述第二基板、第三基板、第四基板顺次层叠在一起，所述第一基板设在所述第二基板的上方。
5.优选地，所述第二基板、第三基板、第四基板的上下表面均覆有金属层；所述第一馈电网络、第二馈电网络为基片集成波导结构。
6.优选地，所述第一馈电端口与所述第二馈电端口相互垂直。
7.优选地，所述第一基板上均匀设有3
×
3个所述激励单元。
8.优选地，所述金属环为矩形环。
9.根据上面的描述和实践可知，本实用新型所述的高孔径效率天线中的辐射组件采用了高阶模缝隙天线，相对于传统的喇叭天线，能够有效减小天线的平面尺寸。同时，在辐射组件上方设置了零折射率的激励组件，能够有效地修正辐射组件的电场，使辐射场能够朝同一方向，提高天线的增益。在增益提高、天线的平面面积不变的情况下，该天线的孔径效率得到了较大幅度的提升。
附图说明
10.图1为本实用新型的一个实施例中涉及的高孔径效率天线的透视图。
11.图2为本实用新型的一个实施例中涉及的第一基板的结构示意图。
12.图3为本实用新型的一个实施例中涉及的第二基板的结构示意图。
13.图4为本实用新型的一个实施例中涉及的第三基板的结构示意图。
14.图5为本实用新型的一个实施例中涉及的第四基板的结构示意图。
15.图6为本实用新型的一个实施例中涉及的激励单元的透视图。
16.图7为本实用新型的一个实施例中涉及的激励单元的仿真性能图。
17.图8为本实用新型的一个实施例中涉及的高孔径效率天线在通过不同馈电端口馈电时的电场和电流分布效果图。
18.图9为本实用新型的一个实施例中涉及的高孔径效率天线在有无激励组件时的性能对比图。
19.图10本实用新型的一个实施例中涉及的高孔径效率天线在分别通过两个馈电端口馈入76ghz和80ghz频率信号时的方向图。
20.图中的附图标记为：
21.1、第一基板；2、第二基板；3、第三基板；4、第四基板；5、激励单元；6、辐射组件；7、第一馈电网络；8、第一馈电端口；9、第二馈电网络；10、第二馈电端口；51、金属环；52、金属过孔。
具体实施方式
22.现在将参考附图更全面地描述示例性实施方式。然而，示例性实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例性实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
23.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。需要说明的是，本公开中，用语“包括”、“配置有”、“设置于”用以表示开放式的包括在内的意思，并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象数量或次序的限制；术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.在该实施例中公开了一种高孔径效率天线，图1示出了该高孔径效率天线的透视结构；图2-图5分别示出了该高孔径效率天线中第一基板至第四基板的表面结构；图6示出了该高孔径效率天线中的激励单元的透视结构。
26.请参考图1至图6，该高孔径效率天线包括层叠在一起的第二基板2、第三基板3和第四基板4以及设在第二基板2上方的第一基板1，其中第二基板2、第三基板3和第四基板4的上下表面均覆有金属层。
27.在第一基板1上设有激励组件，该激励组件由若干激励单元5组成，其中每个激励单元5的结构详见图6，包括设在第一基板1上下表面的金属环51、贯穿第一基板1并连通上下表面金属环51的若干金属过孔52，其中金属环51的中间为中空结构。图7示出了该激励单
元5的仿真性能，图中re表示实部、im表示虚部。从图中可以获悉，该激励单元5的介电常数和磁导率在图中的频率范围内虚部均为零；对应的折射率在所需频段(76ghz-80ghz)实部为零、虚部小于0.5，虚部表示该激励单元5的损耗；对应的透射率|s
ab
|大于0.85。该激励单元5表现出良好的性能。
28.在第二基板2上设有辐射组件6，该辐射组件6采用了高阶模缝隙天线。如图3所示，该辐射组件6包括四个呈2
×
2阵列设置的十字耦合缝隙以及设在该四个十字耦合缝隙外周的金属过孔。该辐射组件6通过两个馈电网络进行馈电，其中在分别通过第一馈电网络7和第二馈电网络9进行馈电时，辐射组件6会产生不同模式的信号。
29.在第三基板3上设有第一馈电网络7，该第一馈电网络7包括一个与辐射组件6中心相向的十字耦合缝隙，在该十字耦合缝隙的外周设有金属过孔和第一馈电端口8，其中金属过孔设在了该十字耦合缝隙的三个侧面，第一馈电端口8设在了该十字耦合缝隙的另一个侧面。
30.在第四基板4上设有第二馈电网络9，该第一馈电网络7包括一个与辐射组件6中心相向的一字耦合缝隙，在该一字耦合缝隙的外周设有金属过孔和第二馈电端口10，其中金属过孔设在了该一字耦合缝隙的三个侧面，第二馈电端口10设在了该一字耦合缝隙的另一个侧面。
31.其中，十字耦合缝隙和一字耦合缝隙均设在了基板的上表面，两个馈电网络中的金属过孔连续设置，形成了基片集成波导结构，能够降低馈电网络的外形尺寸。
32.通过在第一基板1上设置激励组件可以形成零折射率的新型结构，且透射率较高，能够有效地修正辐射组件6的电场，使辐射场能够朝同一方向，提高天线的增益。另外，该实施例中的金属环51为矩形环，便于在第一基板1上设置较多的激励单元5阵列。在该实施例中，在第一基板1上均匀设有3
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3个上述激励单元5，形成对称的激励组件，便于实现双极化。
33.另外，在该实施例中，第一馈电端口8与第二馈电端口10相互垂直，二者沿竖向错位设置，一方面便于与馈电线连接，另一方面可向辐射组件6提供相位不同的馈电信号。
34.图8示出了该高孔径效率天线在通过不同馈电端口馈电时的电场和电流分布效果图。可以看出在第二基板2内均显示出良好te
220
模的电场和电流分布效果，在te
220
模的谐振电场处开槽(即十字耦合缝隙)能够使能量辐射出来。
35.图9示出了该高孔径效率天线在有无激励组件时的性能对比图。图中，类型1为未设置上述激励组件时的相关参数，类型2为设置上述激励组件时的相关参数。从图9a中可以看出二者均可覆盖76-80ghz频段，在设置上述激励组件后，整个频段内天线增益均有所提高，从13.5dbi提高到17dbi。从图9b中可以看出，在设置上述激励组件后，天线的孔径效率从20％提高到50％，具有较大的提升。从图9c中可以看出，在设置上述激励组件后，天线的半功率波束宽度从38
°
收窄到27
°
，具有较好波束收窄的作用，同时天线的前后比得到提升(从17.5db提高到27.5db)。
36.图10示出了该高孔径效率天线在分别通过两个馈电端口馈入76ghz和80ghz频率信号时的方向图。其在xoz和yoz两个平面交叉极化均小于-25db，在两个平面的半功率波束宽度均小于30
°
，其旁瓣均小于-13db，具有良好的天线基本性能。
37.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而
且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种高孔径效率天线，其特征在于，包括：激励组件，设在第一基板上，包括若干激励单元，所述激励单元包括设在第一基板上下表面的金属环、贯穿第一基板并连通上下表面金属环的若干金属过孔；辐射组件，设在第二基板上，包括2
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2阵列的十字耦合缝隙及其外周的金属过孔；第一馈电网络，设在第三基板上，包括与所述辐射组件中心相向的十字耦合缝隙及其外周的金属过孔和第一馈电端口；第二馈电网络，设在第四基板上，包括与所述辐射组件中心相向的一字耦合缝隙及其外周的金属过孔和第二馈电端口；其中所述第二基板、第三基板、第四基板顺次层叠在一起，所述第一基板设在所述第二基板的上方。2.如权利要求1所述的高孔径效率天线，其特征在于，所述第二基板、第三基板、第四基板的上下表面均覆有金属层；所述第一馈电网络、第二馈电网络为基片集成波导结构。3.如权利要求1所述的高孔径效率天线，其特征在于，所述第一馈电端口与所述第二馈电端口相互垂直。4.如权利要求1所述的高孔径效率天线，其特征在于，所述第一基板上均匀设有3
×
3个所述激励单元。5.如权利要求4所述的高孔径效率天线，其特征在于，所述金属环为矩形环。

技术总结
本实用新型涉及无线通信技术领域，公开了一种高孔径效率天线，包括：若干激励单元组成的设在第一基板上的激励组件，激励单元包括设在第一基板上下表面的金属环、贯穿第一基板并连通上下表面金属环的若干金属过孔；第二基板上的辐射组件，包括2


技术研发人员：梁胜
受保护的技术使用者：东莞市南斗星科技有限公司
技术研发日：2022.11.02
技术公布日：2023/7/14