本發明專利技術提供一種緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，屬于射頻通信領域，從上到下依次包括貼片陣列天線、上層介質基板、中間金屬面、下層介質基板、下層金屬面，下層介質基板內設有基片集成波導諧振腔，該基片集成波導諧振腔由周期性分布的多個金屬化通孔圍合而成，基片集成波導諧振腔包括第一腔體、第二腔體、第三腔體，第一腔體、第二腔體、第三腔體各自關于下層介質基板的中軸線對稱，相鄰腔體之間有耦合窗口，中間金屬面開有關于下層介質基板中軸線對稱的矩形縫隙耦合槽，矩形縫隙耦合槽的位置與貼片陣列天線的位置對應，下層金屬面蝕刻有一共面波導傳輸線，不增加額外濾波電路的同時，實現濾波天線陣列低損耗、低成本、易于加工和便于平面集成。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及射頻通信，尤其涉及一種緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列。
技術介紹
1、隨著無線通信技術的迅猛發展，毫米波頻段憑借其得天獨厚的帶寬資源，已經成為5g通信系統不可或缺的一部分，并且被視為未來6g通信系統的關鍵頻段。這一頻段的利用，為無線通信領域帶來了革命性的變革，使得數據傳輸速率和系統容量得到了顯著提升。
2、射頻(rf)前端的設計對于確保通信系統的性能和可靠性起著決定性作用，天線和濾波器作為rf前端的關鍵組件，其設計直接影響到信號的接收和發射質量。濾波天線將天線的輻射功能和濾波器的濾波功能集成在一個組件中，減少了系統體積，提高了集成度，降低了成本，符合射頻前端集成化和小型化的需求，適用于緊湊型的移動設備。濾波天線陣列大多數都是用微帶饋電結構實現的，它們在低頻率下可能表現良好，但在毫米波頻率下不可避免地會遭受巨大的插入損耗。盡管有些濾波陣列采用了金屬波導結構來減輕信號損耗的問題，但這種結構卻不太容易與平面電路實現集成。此外，金屬波導結構的加工成本也相對較高，尤其是在毫米波頻段的應用中，對加工的精確度有著極高的要求。
3、因此，當前研究的核心問題聚焦于如何設計一種濾波天線，在不增加額外濾波電路的前提下，能夠實現低損耗、低成本、易于加工以及便于平面集成的特點。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，在不增加額外濾波電路的同時，實現濾波天線陣列低損耗、低成本、易于加工以及便于平面集成的特點。
>2、本專利技術是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，從上到下依次包括貼片陣列天線、上層介質基板、中間金屬面、下層介質基板、下層金屬面，下層介質基板內設有基片集成波導諧振腔，該基片集成波導諧振腔由周期性分布的多個金屬化通孔圍合而成，基片集成波導諧振腔包括第一腔體、第二腔體、第三腔體，第一腔體、第二腔體、第三腔體各自關于下層介質基板的中軸線對稱，相鄰腔體之間有耦合窗口，中間金屬面開有關于下層介質基板中軸線對稱的矩形縫隙耦合槽，矩形縫隙耦合槽的位置與貼片陣列天線的位置對應，下層金屬面蝕刻有一共面波導傳輸線。3、優選的，所述第一腔體和第二腔體在te101模式下諧振，第三腔體在te201模式下諧振。
4、優選的，所述基片集成波導諧振腔為siw腔體，te201模式具有相同振幅和相反相位的兩個場分量，在te201模式下諧振的第三腔體利用siw腔體固有的模態能量分配特性實現四路信號輸出。
5、優選的，所述貼片陣列天線為2×2輻射貼片結構，四個輻射貼片對稱分布在第三腔體的上方，矩形縫隙耦合槽位于輻射貼片的下方。
6、優選的，所述矩形縫隙耦合槽采用電耦合方式實現匹配。
7、優選的，共面波導傳輸線由下層金屬面的邊緣起刻并向基片集成波導諧振腔內部延伸。
8、優選的，所述下層金屬面的位于金屬化通孔陣列內區域刻蝕有兩條軸對稱l形縫隙，l形縫隙與下層金屬面邊沿接觸的邊與下層金屬面邊沿平行設置，兩條軸對稱l形縫隙間的下層金屬面區域與兩條l形縫隙構成共面波導傳輸線，通過共面波導傳輸線向基片集成波導諧振腔進行饋電。
9、優選的，所述上層介質基板、下層介質基板的材質為taconictly，相對介電常數均為2.2，損耗角正切為0.0009。
10、優選的，遠離共面波導傳輸線的輻射貼片邊緣與其對應位置的矩形縫隙耦合槽邊緣最短距離為0.665mm，靠近共面波導傳輸線的輻射貼片邊緣與其對應位置的矩形縫隙耦合槽邊緣最短距離為0.565mm。
11、優選的，所述輻射貼片為厚度為0.035mm、邊長為3.2mm的正方形貼片，關于上層介質基板中軸線對稱的兩個輻射貼片的邊緣間距為6.8mm，位于中軸線同側的兩個輻射貼片的邊緣間距為6.1mm。
12、本專利技術提供的優點為：
13、(1)本專利技術采用疊層設計，使得射頻組件的體積減小，并且具有集成度高的優點，饋電腔體采用siw結構，具有低輻射損耗、高品質因數、體積小、易集成等優點，能夠有效抑制干擾信號，提升傳輸質量，天線部分采用陣列貼片天線結構，增益高、設計簡單、天線陣結構緊湊，易加工，易集成，與未來系統小型化和高集成度的趨勢相吻合，在現代通信、雷達探測、衛星通信以及無線電監測等多個領域具有廣泛的應用潛力，濾波天線的設計是基于濾波器綜合設計濾波天線，將天線作為濾波器的最后一級，天線在輻射的同時也是濾波器諧振的一部分，這種一體化設計相對于單個器件之間各自獨立在系統中組建，減少了額外的元器件添加與額外的電路輔助，具有集成度高、結構緊湊的優點。
14、(2)本專利技術濾波部分由第一腔體和第二腔體設計為在te101模式下諧振，第三腔體對稱分布設計為在te201模式下諧振，諧振頻率均為27ghz，其中te201模式具有相同振幅和相反相位的兩個場向量，將兩個te101模式和具有兩個場向量的te201模式腔合理耦合，產生通帶的三階帶通響應，通過耦合混合兩種模式siw諧振腔，同時實現功率分配四路信號輸出以及濾波響應。
15、(3)本專利技術設置天線部分采用2×2輻射貼片結構，四個單元組成陣列的形式可以提高天線的增益和方向性，且易加工，尺寸小，成本低，與未來系統向微型化和高度集成化發展的趨勢保持一致；有效地應對了當前射頻器件中單個器件集成時需要增加額外元器件和體積過大的問題。
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【技術保護點】
1.一種緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：從上到下依次包括貼片陣列天線、上層介質基板(10)、中間金屬面(30)、下層介質基板(20)、下層金屬面(40)，下層介質基板(20)內設有基片集成波導諧振腔，該基片集成波導諧振腔由周期性分布的多個金屬化通孔(50)圍合而成，基片集成波導諧振腔包括第一腔體(21)、第二腔體(22)、第三腔體(23)，第一腔體(21)、第二腔體(22)、第三腔體(23)各自關于下層介質基板(20)的中軸線對稱，相鄰腔體之間有耦合窗口，中間金屬面(30)開有關于下層介質基板(20)中軸線對稱的矩形縫隙耦合槽(31)，矩形縫隙耦合槽(31)的位置與貼片陣列天線的位置對應，下層金屬面(40)蝕刻有一共面波導傳輸線。
2.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述第一腔體(21)和第二腔體(22)在TE101模式下諧振，第三腔體(23)在TE201模式下諧振。
3.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述基片集成波導諧振腔為SIW腔體，TE201模式具有相同振幅和相反相位的兩個場分量，在TE201模式下諧振的第三腔體(23)利用SIW腔體固有的模態能量分配特性實現四路信號輸出。
4.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述貼片陣列天線為2×2輻射貼片結構，四個輻射貼片(60)對稱分布在第三腔體(23)的上方，矩形縫隙耦合槽(31)位于輻射貼片(60)的下方。
5.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述矩形縫隙耦合槽(31)采用電耦合方式實現匹配。
6.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：共面波導傳輸線由下層金屬面(40)的邊緣起刻并向基片集成波導諧振腔內部延伸。
7.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述下層金屬面(40)的位于金屬化通孔(50)陣列內區域刻蝕有兩條軸對稱L形縫隙(41)，L形縫隙(41)與下層金屬面(40)邊沿接觸的邊與下層金屬面(40)邊沿平行設置，兩條軸對稱L形縫隙間的下層金屬面區域與兩條L形縫隙構成共面波導傳輸線，通過共面波導傳輸線向基片集成波導諧振腔進行饋電。
8.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述上層介質基板(10)、下層介質基板(20)的材質為TaconicTLY，相對介電常數均為2.2，損耗角正切為0.0009。
9.根據權利要求4所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：遠離共面波導傳輸線的輻射貼片(60)邊緣與其對應位置的矩形縫隙耦合槽(31)邊緣最短距離為0.665mm，靠近共面波導傳輸線的輻射貼片(60)邊緣與其對應位置的矩形縫隙耦合槽(31)邊緣最短距離為0.565mm。
10.根據權利要求4所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述輻射貼片(60)為厚度為0.035mm、邊長為3.2mm的正方形貼片，關于上層介質基板(10)中軸線對稱的兩個輻射貼片(60)的邊緣間距為6.8mm，位于中軸線同側的兩個輻射貼片(60)的邊緣間距為6.1mm。
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【技術特征摘要】
1.一種緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：從上到下依次包括貼片陣列天線、上層介質基板(10)、中間金屬面(30)、下層介質基板(20)、下層金屬面(40)，下層介質基板(20)內設有基片集成波導諧振腔，該基片集成波導諧振腔由周期性分布的多個金屬化通孔(50)圍合而成，基片集成波導諧振腔包括第一腔體(21)、第二腔體(22)、第三腔體(23)，第一腔體(21)、第二腔體(22)、第三腔體(23)各自關于下層介質基板(20)的中軸線對稱，相鄰腔體之間有耦合窗口，中間金屬面(30)開有關于下層介質基板(20)中軸線對稱的矩形縫隙耦合槽(31)，矩形縫隙耦合槽(31)的位置與貼片陣列天線的位置對應，下層金屬面(40)蝕刻有一共面波導傳輸線。
2.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述第一腔體(21)和第二腔體(22)在te101模式下諧振，第三腔體(23)在te201模式下諧振。
3.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述基片集成波導諧振腔為siw腔體，te201模式具有相同振幅和相反相位的兩個場分量，在te201模式下諧振的第三腔體(23)利用siw腔體固有的模態能量分配特性實現四路信號輸出。
4.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其特征在于：所述貼片陣列天線為2×2輻射貼片結構，四個輻射貼片(60)對稱分布在第三腔體(23)的上方，矩形縫隙耦合槽(31)位于輻射貼片(60)的下方。
5.根據權利要求1所述的緊湊型毫米波高增益濾波天線陣列，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳博，張咪，馬躍，王剛，任信鋼，楊利霞，黃志祥，吳先良，
申請(專利權)人：安徽大學，
類型：發明
國別省市：
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