一種應(yīng)用于5g通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線。本發(fā)明通過交指型偶極子天線陣列板10、柵格形阻性頻率選擇表面板20以及接地板（GP）30的多層結(jié)構(gòu)和緊耦合陣列的設(shè)計，克服了現(xiàn)有技術(shù)中天線陣列子在5G頻段阻抗帶寬受到限制的問題以及接地板（GP）30對天線性能影響的問題，實現(xiàn)體積小、帶寬大技術(shù)效果，為5G大規(guī)模陣列天線研究提供了有力支持。本發(fā)明天線相對帶寬可達到149.1%，在2.8~19.2 GHz頻段滿足有源駐波比ActiveVSWR<3。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于5G天線設(shè)計領(lǐng)域。
【專利說明】
一種應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，尤其涉及一種5G天線。
【背景技術(shù)】
[0002]5G，即第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術(shù)，也是4G之后的延伸。移動通信經(jīng)歷了從IG模擬技術(shù)到4G長期演進(LTE)技術(shù)的發(fā)展，已被世界上超過2/3的人使用，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。LTE建設(shè)方興未艾，5G移動通信技術(shù)已經(jīng)開始被廣泛地研究。
[0003]IMT(Internat1nal Mobile Telecommunicat1n，國際移動通信)-2020 目前定義了大規(guī)模天線、新型多址、高頻段通信、超密集組網(wǎng)、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、全雙工、低時延高可靠通信、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)。其中大規(guī)模天線技術(shù)、基于有源天線和3D-Mnro技術(shù)，能夠大幅度提升無線通信頻譜效率和功率效率，是支撐5G移動通信最具潛力的研究方向。
[0004]在5G移動通信系統(tǒng)中，為了進一步提升功率效率、抑制無線通信系統(tǒng)中的干擾、提高無線通信系統(tǒng)的容量和覆蓋范圍、獲得更精確的波束成形能力，大規(guī)模陣列天線成為實現(xiàn)這些需求的關(guān)鍵技術(shù)。隨著天線陣列規(guī)模的擴大，考慮到陣列天線體積、帶寬、增益、耦合等技術(shù)指標的限制，對5G大規(guī)模陣列天線的研究提出了更高的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種體積小、帶寬大、在5G頻段有源駐波比低、具有良好匹配特性的陣列天線。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，包括交指型偶極子天線陣列板、柵格形阻性頻率選擇表面板以及接地板，所述交指型偶極子天線陣列板位于柵格形阻性頻率選擇表面板正上方，所述柵格形阻性頻率選擇表面板位于接地板正上方;所述交指型偶極子天線陣列板由多個偶極子單元組成，所述偶極子單元包括兩個天線振臂，所述天線振臂分別通過交指電容與相鄰偶極子單元耦合;所述柵格形阻性頻率選擇表面板由對應(yīng)于多個偶極子單元的多個柵格子單元組成，所述柵格子單元表面具有十字型電阻膜。
[0008]優(yōu)選的，所述偶極子單元整體呈長方形結(jié)構(gòu)，所述兩個天線振臂橫向設(shè)置在偶極子單元中間，所述兩個天線振臂在偶極子單元中心形成第一間隙。
[0009]優(yōu)選的，所述交指型電容與相鄰偶極子單元的交指型電容連接形成交指結(jié)構(gòu)，所述天線振臂和交指型電容連接結(jié)構(gòu)呈掃帚形狀。
[0010]優(yōu)選的，所述偶極子單元的天線振臂和交指型電容均印制在介電常數(shù)為3.38、厚度為0.25mm的Rogers 5880介質(zhì)板上。
[0011]優(yōu)選的，所述柵格子單元的十字型電阻膜印制在介電常數(shù)為3.38，厚度為0.508mm的Rogers 4003的介質(zhì)板上。
[0012]優(yōu)選的，所述交指型偶極子天線陣列板與接地板的高度距離為14.2mm;所述柵格形阻性頻率選擇表面板與接地板的高度距離為7.1mm。
[0013]優(yōu)選的，所述十字型電阻膜的寬度為0.4mm，方阻為33Ω。
[0014]優(yōu)選的，所述交指型偶極子天線陣列板中多個偶極子單元排列周期為4.57mm;所述柵格形阻性頻率選擇表面板中多個柵格子單元排列周期為4.57mm。
[0015]優(yōu)選的，所述交指型偶極子天線陣列板包括10*10個偶極子單元;所述柵格形阻性頻率選擇表面板中包括10*10個柵格子單元。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明通過交指型偶極子天線陣列板、柵格形阻性頻率選擇表面板以及接地板的多層結(jié)構(gòu)和緊耦合陣列的設(shè)計，克服了現(xiàn)有技術(shù)中天線陣列子在5G頻段阻抗帶寬受到限制的問題以及接地板對天線性能影響的問題，實現(xiàn)體積小、帶寬大技術(shù)效果，為5G大規(guī)模陣列天線研究提供了有力支持；
[0018]本發(fā)明天線相對帶寬可達到149.1%，在2.8?19.2GHz頻段滿足有源駐波比ActiveVSWR〈30
[0019]本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于5G天線設(shè)計領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明:
[0021]圖1是本發(fā)明一種實施例10*10陣列天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明單個偶極子單元、柵格子單元和接地板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明單個偶極子單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明柵格子單元和接地板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明單個偶極子單元、柵格子單元和接地板的等效電路圖；
[0026]圖6是本發(fā)明一種實施例10*10陣列天線在2.8?19.2GHz頻段有源駐波比關(guān)系波形圖。
【具體實施方式】
[0027]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0028]如圖1所示，一種應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，包括交指型偶極子天線陣列板10、柵格形阻性頻率選擇表面板20以及接地板(GP)30，所述交指型偶極子天線陣列板10位于柵格形阻性頻率選擇表面板20正上方，所述柵格形阻性頻率選擇表面板20位于接地板(GP)30正上方;所述交指型偶極子天線陣列板10由多個偶極子單元11組成，所述偶極子單元11包括兩個天線振臂12，所述天線振臂12分別通過交指電容與相鄰偶極子單元11耦合;所述柵格形阻性頻率選擇表面板20由對應(yīng)于多個偶極子單元11的多個柵格子單元21組成，所述柵格子單元21表面具有十字型電阻膜22。本實施例中，所述交指型偶極子天線陣列板10包括10*10個偶極子單元11;所述柵格形阻性頻率選擇表面板20中包括10*10個柵格子單元21。單個d = 4.57mm，10個周期長度為45.7mm。
[0029]優(yōu)選的，所述偶極子單元11整體呈長方形結(jié)構(gòu)，所述兩個天線振臂12橫向設(shè)置在偶極子單元11中間，所述兩個天線振臂12在偶極子單元11中心形成第一間隙。
[0030]優(yōu)選的，所述交指型電容13與相鄰偶極子單元11的交指型電容13連接形成交指結(jié)構(gòu)，所述天線振臂12和交指型電容13連接結(jié)構(gòu)呈掃帚形狀。
[0031]優(yōu)選的，所述偶極子單元11的天線振臂12和交指型電容13均印制在介電常數(shù)為3.38、厚度為0.25mm的Rogers 5880介質(zhì)板上。
[0032]優(yōu)選的，所述柵格子單元21的十字型電阻膜22印制在介電常數(shù)為3.38，厚度為0.508mm的Rogers 4003的介質(zhì)板上。
[0033]優(yōu)選的，所述交指型偶極子天線陣列板10與接地板(GP)30的高度距離為14.2mm;所述柵格形阻性頻率選擇表面板20與接地板(GP)30的高度距離為7.1mm。
[0034]優(yōu)選的，所述十字型電阻膜22的寬度為0.4mm，方阻為33Ω。
[0035]優(yōu)選的，所述交指型偶極子天線陣列板10中多個偶極子單元11排列周期為4.57mm;所述柵格形阻性頻率選擇表面板20中多個柵格子單元21排列周期為4.57mm。
[0036]具體的，如圖2和圖3所示，交指型偶極子天線陣列板10中多個偶極子單元11排列周期d = 4.57mm。偶極子單元11的天線振臂12和交指型電容13均印制在介電常數(shù)εΓ = 3.38、厚度t = 0.25mm的Rogers 5880介質(zhì)板上。采用偶極子天線單元，每個偶極子單元11通過交指電容與相鄰單元親合，離接地板(GP)30高度h = 14.2mm。柵格形RFSS位于離接地板(GP)30hi處，等效為由電阻R及電抗Xf組成的并聯(lián)電路單元。
[0037]如圖4所示，柵格形阻性頻率選擇表面板20中多個柵格子單元21排列周期d=4.57_，距接地板(GP)30高度出=7.1_，柵格形電阻膜22寬度《1 = 0.4臟，方阻為1^ = 33 0，基片采用Rogers 4003，介電常數(shù)er = 3.38，厚度ti = 0.508mm，柵格子單元21在整個頻帶內(nèi)全反射，反射系數(shù)為I;柵格子單元21的反射系數(shù)會隨著隨頻率的改變而改變，在4?16.4GHz頻率范圍內(nèi)其反射系數(shù)均小于0.6，在10.6GHz時其反射系數(shù)最小。因此，柵格形阻性頻率選擇表面板20可在很寬的頻帶內(nèi)抑制接地板(GP)30的反射，從而用來改變天線與接地板(GP) 30之間介質(zhì)的傳輸特性。
[0038]該實施例中，偶極子單元11的輸入阻抗
[0039]Zin = j ω L+1 / (j ω C) +ZGp//no，
[0040]其中，ZGP= %(l+r )/(1-Γ )為加載柵格形阻性頻率選擇表面板20后偶極子單元11下側(cè)的阻抗，Γ為柵格子單元21的反射系數(shù)，C為交指電容容值。兩個天線振臂12等效為電感L，等效電路見圖5。
[0041]圖6給出了本發(fā)明設(shè)計的1X10陣列天線的等效有源駐波比。從圖6中可以看出，該陣列天線在2.8?19.2GHz頻段滿足ActiveVSWR〈3，其相對帶寬可達到149.1 %。
[0042]本發(fā)明通過交指型偶極子天線陣列板10、柵格形阻性頻率選擇表面板20以及接地板(GP)30的多層結(jié)構(gòu)和緊耦合陣列的設(shè)計，克服了現(xiàn)有技術(shù)中天線陣列子在5G頻段阻抗帶寬受到限制的問題以及接地板(GP)30對天線性能影響的問題，實現(xiàn)體積小、帶寬大技術(shù)效果，為5G大規(guī)模陣列天線研究提供了有力支持；
[0043]本發(fā)明天線相對帶寬可達到149.1%，在2.8?19.2GHz頻段滿足有源駐波比ActiveVSWR〈30
[0044]本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于5G天線設(shè)計領(lǐng)域。
[0045]以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，包括交指型偶極子天線陣列板、柵格形阻性頻率選擇表面板以及接地板，所述交指型偶極子天線陣列板位于柵格形阻性頻率選擇表面板正上方，所述柵格形阻性頻率選擇表面板位于接地板正上方； 所述交指型偶極子天線陣列板由多個偶極子單元組成，所述偶極子單元包括兩個天線振臂，所述天線振臂分別通過交指電容與相鄰偶極子單元耦合； 所述柵格形阻性頻率選擇表面板由對應(yīng)于多個偶極子單元的多個柵格子單元組成，所述柵格子單元表面具有十字型電阻膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述偶極子單元整體呈長方形結(jié)構(gòu)，所述兩個天線振臂橫向設(shè)置在偶極子單元中間，所述兩個天線振臂在偶極子單元中心形成第一間隙。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述交指型電容與相鄰偶極子單元的交指型電容連接形成交指結(jié)構(gòu)，所述天線振臂和交指型電容連接結(jié)構(gòu)呈掃帚形狀。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述偶極子單元的天線振臂和交指型電容均印制在介電常數(shù)為3.38、厚度為0.25 mm的Rogers 5880介質(zhì)板上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述柵格子單元的十字型電阻膜印制在介電常數(shù)為3.38，厚度為0.508mm的Rogers 4003的介質(zhì)板上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述交指型偶極子天線陣列板與接地板的高度距離為14.2mm;所述柵格形阻性頻率選擇表面板與接地板的高度距離為7.1mm。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述十字型電阻膜的寬度為0.4mm，方阻為33 Ω。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述交指型偶極子天線陣列板中多個偶極子單元排列周期為4.57mm;所述柵格形阻性頻率選擇表面板中多個柵格子單元排列周期為4.57mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5、6、7或8所述的應(yīng)用于5G通信系統(tǒng)的緊耦合陣列天線，其特征在于，所述交指型偶極子天線陣列板包括10*10個偶極子單元;所述柵格形阻性頻率選擇表面板中包括I O* 1個柵格子單元。
【文檔編號】H01Q21/00GK106099359SQ201610327943
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】江方兵, 王小陽, 黃松, 宋浩, 趙淑梅
【申請人】深圳市天鼎微波科技有限公司