一種毫米波mimo天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及ΜΠΚ)天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種小型寬帶高隔離度的毫米波mMO天線。
【背景技術(shù)】
[0002]毫米波指的是頻率在30GHz-300GHz范圍內(nèi)的電磁波，其對應(yīng)的波長范圍為lmm-10mm。近年來，由于頻譜資源擁擠的現(xiàn)狀，以及對高速通信需求持續(xù)增長，毫米波領(lǐng)域已經(jīng)成為國際電磁波頻譜資源研究、開發(fā)和利用的一個極其活躍的領(lǐng)域，。毫米波頻段擁有著大量連續(xù)的頻譜資源，為超高速寬帶無線通信的實現(xiàn)提供了可能。
[0003]2010年，東南大學(xué)毫米波國家重點實驗室提出發(fā)展我國毫米波近遠程通信標(biāo)準(zhǔn)Q-LINKPAN(這里Q表示在40?50GHz的Q-波段，LINKPAN表示既可以支持短距高速覆蓋(PAN)，也可支持遠距高速傳輸(LINK))，并于同年開展研究。2012年9月IEEE802.11aj任務(wù)組(TG)正式成立。該標(biāo)準(zhǔn)主要由中國的企業(yè)和研究機構(gòu)推動.包括59?64GHz和43.5?47GHz兩個頻段，其中IEEE802.11aj(45GHz)主要基于近程標(biāo)準(zhǔn)Q—LINKPAN—S。2013年12月，工信部分別發(fā)布40?50GHz頻段固定業(yè)務(wù)中點對點無線接入系統(tǒng)和移動業(yè)務(wù)中寬帶無線接入系統(tǒng)頻率使用事宜的通知。短距離高速率通信(PAN)分配了 5.9GHz (42.3GHz_47GHz，47.2GHz-48.4GHz)，頻段中的移動業(yè)務(wù)規(guī)劃用于寬帶無線接入系統(tǒng)，而遠距離高速率通信(LINK)分配了3.6GHz (40.5GHz-42.3GHz，48.4GHz_50.2GHz)，頻段中的固定業(yè)務(wù)規(guī)劃用于點對點無線接入系統(tǒng)。這些表明了我國的毫米波通信技術(shù)將會在Q-波段展開。
[0004]Q—LINKPAN或IEEE802.11aj (45GHz)的物理層傳輸擬采用多輸入多輸出ΜΜ0技術(shù)(即多輸入多輸出技術(shù))。該技術(shù)能在有限的頻譜資源條件下，有效地提高無線通信系統(tǒng)的容量和可靠性，也因此被廣泛地應(yīng)用到許多無線通信系統(tǒng)中。毫米波頻段在移動通信系統(tǒng)中的使用，將允許基站上裝載成百上千的天線，并能同時工作，因此這一關(guān)鍵技術(shù)也被稱為“Massive ΜΙΜΟ"。我國毫米波通信技術(shù)的發(fā)展，既給毫米波天線設(shè)計提供機遇，同時也帶來挑戰(zhàn)。同時，隨著移動智能終端的高速發(fā)展，應(yīng)用于手機終端的毫米波天線的設(shè)計也將成為未來研究的熱點和難點。
[0005]毫米波天線以及MMO天線去耦合的研究和發(fā)明已經(jīng)取得了一定的成果。隨著毫米波無線通行的快速發(fā)展，許多研究的重點放在如何實現(xiàn)毫米波天線的寬帶化上。在不少毫米波天線研究和發(fā)明設(shè)計中，SIW(基片集成波導(dǎo))、多層PCB(印刷電路板)、LTCC(低溫炭燒陶瓷)等技術(shù)被提及和使用。由于60GHz頻段的免費開放，相當(dāng)一部分發(fā)明的天線設(shè)計主要是應(yīng)用于該頻段，而應(yīng)用在Q-波段的毫米波天線的發(fā)明，則相對少很多。在ΜΙΜ0天線方面，小型化，寬帶化天線的研究與設(shè)計也已經(jīng)受到了重視。許多相關(guān)發(fā)明己提出多種用于提高小型ΜΜ0天線單元間的隔離度的方法。而應(yīng)用在Q-波段的小型ΜΙΜ0天線設(shè)計的發(fā)明非常少。
[0006]2012年，Ke Gong等人在IEEE Transact1ns on Antennas and Propagat1n發(fā)表題為 “Substrate Integrated Waveguide Cavity-Backed Wide Slot Antenna for60-GHzBands”的文章，通過在IW(基片集成波導(dǎo))上加載寬縫隙從而實現(xiàn)天線的寬帶化，可用單層PCB板加工而成。
[0007]Amer Hagras等人于2012年在IEEE Antennas and Propagat1n SocietyInternat1nal Symposium發(fā)表題為 “Low-mutual coupling antenna array formillimeter-wave MIMO applicat1ns”的文章，該天線工作在60GHz頻段，采用介質(zhì)諧振天線作為單元天線，蝕刻在地板上的槽縫用于“截斷”表面電流，而兩天線之間的金屬帶在天線工作時相當(dāng)于一個諧振元件，這兩個措施可以減小天線單元之間的互耦。
[0008]2013年，T.Zhang等人在2013Proceedings of the Internat1nal Symposium onAntennas&Propagat1n 發(fā)表題為 “A Q-Band dual-mode cavity-backed wideband patchantenna with independently controllable resonances，，的文章，除了貝占片天線本身的諧振頻率外，饋電過孔和圓盤放置在貼片天線與饋電結(jié)構(gòu)之間，使得在高頻處達到良好的阻抗匹配，出現(xiàn)了雙諧振的特性。當(dāng)兩個諧振頻率點靠近時，阻抗帶寬將增加。
[0009]在現(xiàn)有的毫米波天線設(shè)計中，主要考慮如何增大阻抗帶寬問題，以及考慮性能獨立可控問題，少有考慮對天線進行ΜΜ0的設(shè)計并研究如何減小天線單元間的互耦問題，而本發(fā)明采用一種的隔離結(jié)構(gòu)來減小不同天線輻射單元間的互耦，還能同時增加天線的峰值增益。在阻抗匹配方面，還引入特殊的天線結(jié)構(gòu)引入多個諧振模式，進而改善阻抗匹配，來達到寬阻抗帶寬的目的。實現(xiàn)了二單元及四單元ΜΜ0天線陣的寬帶寬、隔離度高、尺寸小、可進行獨立可控等特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提出一種小型寬帶高隔離度的毫米波Μπω天線，該天線獨立可控、結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、特性好，同時實現(xiàn)了低互耦、寬帶寬、小尺寸等問題，具有可控性能的移動終端ΜΜ0天線系統(tǒng)的設(shè)計要求，更適合集成到移動終端設(shè)備系統(tǒng)上。
[0011 ]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種毫米波ΜΜ0天線，包括有兩個不同的輻射單元，分別為第一輻射單元和第二輻射單元，以及激勵端口、饋電過孔、底面圓盤的阻抗匹配結(jié)構(gòu)、阻抗變化器、第一金屬過孔、第二金屬過孔;所述第一輻射單元和第二輻射單元印制在基板的正面，該第一輻射單元為矩形貼片單元，該第二輻射單元為U形貼片單元，該矩形貼片單元置于U形貼片單元的U形口中；所述激勵端口由50歐姆的共面波導(dǎo)直接饋電，蝕刻在基板的背面;所述饋電過孔用于連接饋電部分和輻射單元部分，位于U形貼片單元中；所述阻抗匹配結(jié)構(gòu)的底面圓盤蝕刻在基板的背面，其作用相當(dāng)于一個電容，能夠抵消饋電過孔引入的電感，實現(xiàn)阻抗匹配;所述阻抗變化器蝕刻在基板的背面，使得特性阻抗由75歐姆變?yōu)?0歐姆，以實現(xiàn)輻射單元與饋電部分間的阻抗匹配;所述第一金屬過孔在饋電處兩端形成有兩排過孔，用于抑制饋電處表面波的產(chǎn)生;所述第二金屬過孔在兩個輻射單元周圍構(gòu)成一個反射腔體，用于提高天線的峰值增益。
[0012]所述反射腔體為介質(zhì)集成波導(dǎo)方形腔，兩個輻射單元置于該介質(zhì)集成波導(dǎo)方形腔的中間位置。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0014]1、與已有的ΜΜ0天線陣比較，本發(fā)明引入兩片不同的微帶貼片輻射單元，有效地增加了阻抗帶寬，并實現(xiàn)了諧振點的獨立可控。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整貼片單元的尺寸以及饋電過孔和圓盤結(jié)構(gòu)的尺寸，就可以得到很好的阻抗帶寬，而隔離度受到的影響很小。也就是說，本設(shè)計可以獨立地調(diào)整阻抗帶寬。
[0015]2、與已有的ΜΜ0天線陣比較，本發(fā)明引入了介質(zhì)集成波導(dǎo)(SIW)腔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在天線之間構(gòu)成一個反射腔體，可提高天線的峰值增益。除此之外，由于形成了一個較為封閉的結(jié)構(gòu)，還可以減小兩個天線單元結(jié)構(gòu)之間的互耦，使得在ΜΜ0天線陣中單元天線的阻抗帶寬維持原有天線的特性，同時減小單元之間的耦合度。該結(jié)構(gòu)使得天線單元之間無需在而外加入其他去耦的結(jié)構(gòu)，