一種高增益毫米波網格陣列天線的製作方法

2023-05-25 20:22:26 1

本實用新型涉及一種網格陣列天線，尤其是一種高增益毫米波網格陣列天線，屬於無線移動通信技術領域。

背景技術：

第五代移動通信技術(5G)將WLAN技術與4G、3G技術融合，能滿足個人手持設備與電腦之間的海量數據交互、無線高清圖像傳輸和顯示等。目前最受矚目的高速無線傳輸技術是60GHz毫米波無線傳輸技術。隨著WiGig聯盟與WiFi聯盟達成合作，5G時代的WLAN將採用60GHz毫米波。網格陣列天線可以通過調節其網格數目，同時提高天線的阻抗帶寬和增益，且結構簡單。結合毫米波和網格陣列天線的優點，毫米波網格陣列天線無疑具有很大的研究價值。

目前毫米波網格陣列天線仍處於研究階段。中心頻率在60GHz頻率附近的毫米波天線，可與高集成度的無線電收發裝置互連，有望應用於超高速短距離無線通信，例如：無線個人區域網、無線高清多媒體接口等。這已經引起了許多從事天線和射頻器件公司的極大興趣。

在之前許多網格陣列天線研究中，一般採用通過增加網格數目提高天線的增益，但是這種提高增益的方法會導致天線尺寸增大，而且網格數目增加大一定數量後，尤其是在毫米波段，由於損耗的成倍增加，天線增益的提高受到限制。

據調查與了解，目前公開的現有技術如下：

1)2011年，Mei Sun，YuePing Zhang和Duixian Liu等人，在「IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION」上發表的一篇名為「A Ball Grid Array Package With a Microstrip Grid Array Antenna for a Single-Chip 60-GHz Receiver」的文章中，基於LTCC(低溫共燒陶瓷)技術，設計了一款中心頻率為60GHz的微帶網格陣列天線，在57GHz～64GHz頻段內，其|S11|≤-10dB，天線的最大增益在60GHz處為14.5dB。

之後對於該類型的網格陣列天線的研究基本是通過增加網格的數目或者子網格的組合陣列提高天線的增益，但這種方法增加了天線的尺寸，不利於系統集成設計。

2)2012年，Tu Zhihong,Zhang Yue Ping在「Proceedings of APMC 2012」會議上的發表的一篇名為「Three Types of Array Antennas for 60-GHz Radios」的文章中，提出 將網格短邊設置為不同長度，這種改進方法不僅增加天線的阻抗帶寬，其-10dB阻抗帶寬為13.3％(56.6GHz-64.6GHz)，同時也提高天線的增益，最高增益達到15.1dBi，但3dB增益帶寬不到5％。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決上述現有技術的缺陷，提供了一種高增益毫米波網格陣列天線，該天線結構簡單，易於加工製造，減少了介質材料的使用，降低了成本，具有在57GHz～64GHz頻段範圍內阻抗匹配良好，高天線增益，較寬的3dB增益帶寬和尺寸小的優點，能夠滿足高增益，小型化，易與系統集成等要求。

本實用新型的目的可以通過採取如下技術方案達到：

一種高增益毫米波網格陣列天線，包括第一介質基片、第二介質基片和地板，所述第一介質基片、第二介質基片和地板從頂部到底部依次設置，所述第一介質基片的頂部設有輻射貼片，且第一介質基片和輻射貼片均呈網格狀，所述輻射貼片上設有饋電點。

作為一種優選方案，所述第一介質基片為一層介質基片，所述第二介質基片為三層介質基片，每層介質基片的厚度為0.08mm～0.1mm。

作為一種優選方案，每層介質基片採用Ferro公司的A6M介質基片。

作為一種優選方案，所述第一介質基片和輻射貼片的網格由十四個矩形圍成；所述十四個矩形中的十個矩形分為五個矩形組，五個矩形組從左到右依次排列，每個矩形組由上下排列的兩個矩形組成；所述十四個矩形中的其餘四個矩形，每個矩形位於相鄰的兩個矩形組之間。

作為一種優選方案，所述十四個矩形中，每個矩形的四條邊的寬度均為0.1mm～0.2mm，兩條長邊的長度為3mm～3.2mm；所述五個矩形組中，對於左邊的矩形組和右邊的矩形組，每個矩形的兩條短邊的長度為1.2mm～1.4mm，對於中間的三個矩形組，每個矩形的兩條短邊的長度為1.1mm～1.3mm。

作為一種優選方案，所述第二介質基片的長度為14mm～16mm，寬度為6mm～10mm。

作為一種優選方案，所述輻射貼片上的饋電點與同軸線相連，由同軸線進行饋電。

作為一種優選方案，所述同軸線的內芯直徑為0.1mm～0.14mm，外芯直徑為0.2～0.24mm。

作為一種優選方案，所述地板和輻射貼片均採用金屬材料製成。

本實用新型相對於現有技術具有如下的有益效果：

1、本實用新型將第一介質基片和輻射貼片都設計成網格狀，而第二介質基片則位於第一介質基片的下方，因此輻射貼片的周圍是沒有介質的，與現有的60GH毫米波網格陣列天線相比，去掉了網格輻射貼片周圍的一層介質，隔斷了表面波，降低了表面波帶來的損耗，從而提高天線的增益。

2、本實用新型能夠滿足57GHz～64.5GHz頻率帶寬內，|S11|≤-10dB，即-10dB阻抗帶寬為12.5％，與現有的60GHz毫米波網格陣列天線相比，在不增加天線尺寸的條件下，具有更高的增益，在57GHz～64GHz工作頻段內最大增益可達15.81dBi，更寬阻抗帶寬與較寬的3dB增益帶寬，3dB增益帶寬為7.17％，同時在整個仿真頻段(50GHz～70GHz)範圍內，輻射效率均大於90％。

3、本實用新型結構簡單，易於加工製造，減少了介質材料的使用，降低了成本，具有高增益、體積小、輻射效率高、輻射特性好、可與電路集成的特點，克服了現有網格陣列天線通過增加網格數目犧牲天線尺寸來提高天線增益的缺點。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的毫米波網格陣列天線的立體結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例1的毫米波網格陣列天線的正面結構示意圖。

圖3為本實用新型實施例1的毫米波網格陣列天線的S參數曲線圖。

圖4為本實用新型實施例1的毫米波網格陣列天線的增益曲線圖。

圖5為本實用新型實施例1的毫米波網格陣列天線的輻射效率曲線圖。

其中，1-第一介質基片，2-第二介質基片，3-輻射貼片，4-饋電點。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限於此。

實施例1：

如圖1和圖2所示，本實施例提供了一種高增益毫米波網格陣列天線，該天線包括第一介質基片1、第二介質基片2和地板(圖中未示出)，所述第一介質基片1、第二介質基片2和地板從頂部到底部依次設置，所述第一介質基片1的頂部設有輻射貼片3，且第一介質基片1和輻射貼片3均呈網格狀，所述輻射貼片3上設有饋電點4，該饋電點4與同軸線相連，由同軸線進行饋電，同軸線的內芯直徑為0.12mm，外芯直徑為0.22mm。

所述第一介質基片1為一層介質基片，所述第二介質基片2為三層介質基片，每 層介質基片採用Ferro公司的A6M介質基片，其厚度h為0.095mm，即四層介質基片的高度H＝4h＝0.38mm。

所述第一介質基片1和輻射貼片3的網格由十四個矩形圍成，每個矩形的四條邊的寬度w均為0.16mm，兩條長邊的長度l為3.15mm；所述十四個矩形中的十個矩形分為五個矩形組，五個矩形組從左到右依次排列，每個矩形組由上下排列的兩個矩形組成，對於左邊的矩形組和右邊的矩形組，每個矩形的兩條短邊ss的長度為1.33mm，對於中間的三個矩形組，每個矩形的兩條短邊的長度s為1.23mm；所述十四個矩形中的其餘四個矩形，每個矩形位於相鄰的兩個矩形組之間；所述第二介質基片2的長度a為15mm，寬度b為8mm。

本實施例的天線中的第一介質基片1和輻射貼片3都設計成網格狀，而第二介質基片2則位於第一介質基片1的下方，因此輻射貼片3的周圍是沒有介質的，上述背景技術中的第二篇文獻是直接將網格狀的輻射貼片3設置在介質基片上，也就是說本實施例的天線與該技術相比，去除了網格輻射貼片周圍的一層介質，隔斷了表面波，降低了表面波帶來的損耗，從而提高了天線的增益。

本實施例的天線的各個尺寸參數都進行了優化，其反射係數如圖3所示，從圖中可以看到，在57GHz～64.5GHz頻率帶寬內，|S11|≤-10dB，即-10dB阻抗帶寬為12.5％；天線的增益G如圖4所示，在57GHz～64GHz工作頻段內最大增益可達15.81dBi，較上述背景技術提到的兩篇文獻的增益分別提高1.31dBi和0.7dBi，3dB增益帶寬為7.17％；天線的輻射效率如圖5所示，在整個仿真頻段(50GHz～70GHz)內其輻射效率均大於90％。

上述實施例中，所述地板和輻射貼片3均採用金屬材料製成，例如可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑的任意一種，或可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑任意一種的合金。

綜上所述，本實用新型結構簡單，易於加工製造，減少了介質材料的使用，降低了成本，具有高增益、體積小、輻射效率高、輻射特性好的特點，克服了現有網格陣列天線通過增加網格數目犧牲天線尺寸來提高天線增益的缺點。

以上所述，僅為本實用新型專利較佳的實施例，但本實用新型專利的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型專利所公開的範圍內，根據本實用新型專利的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都屬於本實用新型專利的保護範圍。