一種q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，包括輻射單元和饋線部分，輻射單元和饋線部分通過印刷電路技術(shù)印刷在同一塊介質(zhì)基片上；其中，輻射單元采用印刷的傘形夾角對稱振子和印刷的引向單元構(gòu)成，通過基片集成波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)差分饋電，并利用加載感性窗結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配，該天線形式可以采用共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)接或基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)與外部電路之間的互聯(lián)。本發(fā)明針對Q波段新一代超高速無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)毫米波室內(nèi)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)802.11aj（45GHz）的要求，利用印刷電路工藝實(shí)現(xiàn)了具有寬工作頻帶（42.4-48.5GHz）、主切面內(nèi)具有不小于120°寬波束覆蓋、可與平面有源毫米波電路一體集成的接入天線。
【專利說明】一種Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入 天線。

【背景技術(shù)】
[0002] 毫米波頻段具有可利用頻譜資源豐富、可支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率高等特點(diǎn)，被工業(yè)界 普遍關(guān)注并開始研制相關(guān)的超高速通信系統(tǒng)。根據(jù)我國工信部的頻率規(guī)劃，Q波段中的 42. 4-48. 4GHz頻譜資源已被劃定為超高速無線局域網(wǎng)業(yè)務(wù)，并于2013年末公示。與該頻譜 相關(guān)的通信標(biāo)準(zhǔn)化工作正廣泛開展，其中，2012年經(jīng)國際電子電氣工程師協(xié)會許可并被建 立802. llaj (45GHz)標(biāo)準(zhǔn)工作組。這一標(biāo)準(zhǔn)致力于開發(fā)45GHz頻段頻譜資源，用于新一代 超高速無線局域網(wǎng)通信，主要支撐室內(nèi)各種無線終端與主干網(wǎng)的高速接入和互聯(lián)。
[0003] 根據(jù)45GHz超高速無線局域網(wǎng)的頻譜劃分和室內(nèi)應(yīng)用場景需求，對接入天線提出 了較高的要求。接入天線既需要滿足較寬的工作頻帶，又需要具有在主向的任意切面內(nèi)具 有極寬的波束（即3dB波束寬度）來實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)空間的有效覆蓋。按照我國常規(guī)房間大小 進(jìn)行如下計(jì)算(不失一般性):設(shè)定常規(guī)起居室或會議室的極限尺寸為7米X 7米(總面積約 50平方米，對角線長度為10米)，層高3米；當(dāng)無線接入設(shè)備在起居室或會議室的天花板中 心位置安裝情況下，可以計(jì)算出天線的空間覆蓋角需不小于120°方能對整個(gè)房間進(jìn)行有 效覆蓋(房間角落為極端情況）；因此，就需要接入設(shè)備的天線能夠提供全空間120°的覆蓋 能力。針對更大的房間情況或房間寬度和高度比更大的情況，可以采用多接入點(diǎn)布局方式 調(diào)整。目前，常規(guī)的天線形式基本無法滿足在所有主切面內(nèi)同時(shí)滿足120°覆蓋。此外，為 了實(shí)現(xiàn)天線主切面的寬波束覆蓋，通常會引入附加反射結(jié)構(gòu)，這將會增加天線的體積和裝 配工作量。因此，寬波束天線設(shè)計(jì)是毫米波室內(nèi)通信系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
[0004] 通信系統(tǒng)的高度集成設(shè)計(jì)能夠有效減小系統(tǒng)的體積，降低因分立模塊間轉(zhuǎn)接引入 的額外損耗和系統(tǒng)功耗，是當(dāng)今通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。天線作為毫米波通信系統(tǒng)的重 要部件，在設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮與外部電路的互聯(lián)和集成?；谟∷㈦娐芳夹g(shù)的天線 形式具有先天與平面電路互聯(lián)的優(yōu)勢，通過采用平面?zhèn)鬏斁€作為天線饋線，可以實(shí)現(xiàn)與后 級收發(fā)電路的自然過渡。常用的平面?zhèn)鬏斁€形式有微帶線、帶狀線等，在射頻、微波頻段有 著大量應(yīng)用。但在毫米波頻段，微帶線和共面波導(dǎo)具有較大的金屬損耗和輻射損耗，這些損 耗不僅惡化系統(tǒng)的性能，輻射損耗更會影響天線的輻射性能。因此，如何選取低損耗、無輻 射的平面饋線形式，也是研制毫米波通信天線所必須解決的難點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種體積小巧、福射范 圍大，有效降低了金屬損耗和輻射損耗的Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，包括輻射 單元和饋線部分，輻射單元和饋線部分通過印刷電路技術(shù)印刷在同一塊介質(zhì)基片上； 其中，輻射單元所在介質(zhì)基片的上表面和下表面分別印刷有一個(gè)呈銳角狀的金屬帶 條，在介質(zhì)基板上表面的為上金屬帶條，在介質(zhì)基板下表面的為下金屬帶條，所述上金屬帶 條和所述下金屬帶條在介質(zhì)基片平面上的投影為鏡像對稱，且有一邊相互重合，重合部分 構(gòu)成平行雙線結(jié)構(gòu)，上金屬帶條和下金屬帶條構(gòu)成夾角對稱振子輻射結(jié)構(gòu)；在與上金屬帶 條的介質(zhì)基片同側(cè)還平行印刷了三條上引向單元金屬帶條，在與下金屬帶條的介質(zhì)基片同 側(cè)也平行印刷了三條下引向單元金屬帶條，上引向單元金屬帶條與下引向金屬帶條也呈鏡 像對稱分布； 饋線部分所在介質(zhì)基片上下表面分別印刷有金屬層，分別與輻射單元的上下金屬條 帶相連通，并和金屬化通孔排布構(gòu)成的兩條直線型金屬化通孔陣列和形成基片集成波導(dǎo)結(jié) 構(gòu)； 所述基片集成波導(dǎo)通過轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)與共面波導(dǎo)相連接。
[0007] 進(jìn)一步，還包括三個(gè)感性窗，所述三個(gè)感性窗由三組金屬化通孔構(gòu)成，所述三個(gè)感 性窗設(shè)置在基片集成波導(dǎo)橫截面上。在基片集成波導(dǎo)橫截面上加載感性窗結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn) 寬帶阻抗匹配，同時(shí)起到拓展帶寬的作用。
[0008] 進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)包括刻蝕在上表面金屬層上的兩條對稱折縫隙，被兩條對 稱折縫隙包圍的金屬條帶為共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)體，在共面波導(dǎo)兩側(cè)地的結(jié)構(gòu)中，由金屬化 通孔排布形成了兩個(gè)L形通孔陣列與上下表面金屬層聯(lián)通。這樣可以有效的提高轉(zhuǎn)接效 果。 進(jìn)一步，所述介質(zhì)基板為T型，在介質(zhì)基板橫向的兩端設(shè)有固定螺絲孔（7)，這樣更加 方便測試和安裝固定。
[0009] 進(jìn)一步，所述呈銳角狀的金屬帶條的夾角為30° -38°。
[0010] 進(jìn)一步，所述每條上下引向單元金屬條帶（13)和（14)的之間的間距為0.2mm。
[0011] 進(jìn)一步，所述感性窗之間的間距為二分之一導(dǎo)波長度。
[0012] 工作原理：本發(fā)明的輻射單元采用印刷的傘形夾角對稱振子和印刷引向單元構(gòu) 成，通過基片集成波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)差分饋電，并利用加載感性窗結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)寬帶阻抗匹配，該天線形 式可以采用共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)接或基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)與外部電路之間的互聯(lián)。其中， 通過引入印刷的引向單元，可以引導(dǎo)電磁波擴(kuò)散狀輻射，有效地提高天線的波束覆蓋能力， 無需額外附加結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)在任意主切面內(nèi)波束寬帶大于120°的覆蓋能力；再者，在饋 線部分引入的加載感性窗結(jié)構(gòu)能夠有效增大天線的工作帶寬，使得天線的工作頻帶能夠較 好的滿足工信部相關(guān)頻譜劃分和Q波段通信標(biāo)準(zhǔn)要求。本發(fā)明針對Q波段新一代超高速無 線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)毫米波室內(nèi)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)802. llaj (45GHz)的要求，利用印刷電路工 藝實(shí)現(xiàn)了具有寬工作頻帶、主切面內(nèi)具有不小于120°寬波束覆蓋、可與平面有源毫米波電 路一體集成的接入天線。
[0013] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、易集成、精度較高，重復(fù) 性好，無需額外裝配，同時(shí)具有成本低、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而且還有效降低了金屬損耗 和輻射損耗的。本發(fā)明提供的天線只需要印刷電路工藝就可以加工成型，無需額外的附加 結(jié)構(gòu)，這樣更便于與射頻電路的共基片集成設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為實(shí)施例1中天線的S參數(shù)測量結(jié)果； 圖3 (a)為實(shí)施例1的電場平面的輻射方向圖歸一化仿真和測量結(jié)果； 圖3 (b)為實(shí)施例1的磁場平面的輻射方向圖歸一化仿真和測量結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0016] 實(shí)施例1 :如圖1所示，一種Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，包括輻射單 元1和饋線單元2,兩部分采用印刷電路技術(shù)印刷在同一塊介質(zhì)基片上。
[0017] 輻射單元1所在介質(zhì)基片的上表面和下表面分別印刷有一個(gè)呈銳角狀的金屬帶 條，其中，呈銳角狀的金屬帶條的夾角在30° -38°之間。在介質(zhì)基板上表面的為上金屬帶 條11，在介質(zhì)基板下表面的為下金屬帶條12,上金屬帶條11和下金屬帶條12在介質(zhì)基片 平面上的投影為鏡像對稱，呈雨傘狀分布，且'傘柄'部分重合構(gòu)成平行雙線結(jié)構(gòu)，上金屬帶 條11和下金屬帶條12構(gòu)成夾角對稱振子輻射結(jié)構(gòu)；在與上金屬條帶11的介質(zhì)基片同側(cè)還 平行印刷了三條上引向單元金屬條帶13,在與下金屬條帶12的介質(zhì)基片同側(cè)也平行印刷 了三條下引向單元金屬條帶14,上引向單元金屬條帶13與下引向金屬條帶14也呈鏡像對 稱分布；其中，每條上下引向單元金屬條帶（13)和（14)的之間的間距為0. 2mm。
[0018] 饋線部分2的介質(zhì)基片上下表面分別印刷有金屬層，分別與輻射單元上下金屬條 帶11和12相連通，并和金屬化通孔3排布構(gòu)成的兩條直線型金屬化通孔陣列31和32形 成基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。在相距一定間隔的基片集成波導(dǎo)橫截面上，分別由三對金屬化通孔 33和34, 35和36, 37和38構(gòu)成了三個(gè)感性窗結(jié)構(gòu)；感性窗之間的間距約為二分之一導(dǎo)波 長度，但是每個(gè)感性窗之間的間隔不是相等的。
[0019] 所述基片集成波導(dǎo)通過轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)與共面波導(dǎo)相連接，其中，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)由刻蝕在上 表面金屬層上的兩條對稱折縫隙4實(shí)現(xiàn)，被兩條縫隙4包圍的金屬條帶5即為共面波導(dǎo)的 中心導(dǎo)體，在共面波導(dǎo)兩側(cè)地的結(jié)構(gòu)中，由金屬化通孔3排布形成了兩個(gè)L形通孔陣列6與 上下表面金屬層聯(lián)通。為了測試和安裝固定，還在介質(zhì)基片上開出了一對固定螺絲孔7。本 發(fā)明由于采用了引向單元金屬條帶來代替現(xiàn)有技術(shù)中的金屬塊與外電路連接，有效的減小 了整個(gè)天線的體積。
[0020] 如圖2所示，所設(shè)計(jì)天線在42. 4-48. 4GH內(nèi)反射系數(shù)小于-12dB，滿足Q波段超高 速無線局域網(wǎng)應(yīng)用需求。
[0021] 如圖3 (a)和圖3 (b)所示，所設(shè)計(jì)天線在電場平面和磁場平面的輻射方向圖的 3dB波束寬度可以達(dá)到120°，最大增益在2. 3-2. 5dBi波動(dòng)。本發(fā)明的最大增益比較小說 明天線輻射范圍或者方向角越大。
[0022] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，其特征在于：包括輻射單元（1)和饋線 部分（2)，所述輻射單元（1)和饋線部分（2)印刷在同一塊介質(zhì)基片上； 其中，所述輻射單元（1)所在介質(zhì)基片的上表面和下表面分別印刷有一個(gè)呈銳角狀 的金屬帶條，在介質(zhì)基板上表面的為上金屬帶條（11)，在介質(zhì)基板下表面的為下金屬帶條 (12)，所述上金屬帶條（11)和所述下金屬帶條（12)在介質(zhì)基片平面上的投影為鏡像對稱， 且有一邊相互重合，重合部分構(gòu)成平行雙線結(jié)構(gòu)，所述上金屬帶條（11)和下金屬帶條（12) 構(gòu)成夾角對稱振子輻射結(jié)構(gòu)；在與上金屬帶條（11)的介質(zhì)基片同側(cè)還平行印刷了:Γ5條上 引向單元金屬帶條（13)，在與下金屬帶條（12)的介質(zhì)基片同側(cè)也平行印刷了:Γ5條下引向 單元金屬帶條（14)，上引向單元金屬帶條（13)與下引向金屬帶條（14)也呈鏡像對稱分布； 所述饋線部分（2)所在介質(zhì)基片上下表面分別印刷有金屬層，分別與輻射單元的上下 金屬條帶（11)和（12)相連通，并和金屬化通孔（3)排布構(gòu)成的兩條直線型金屬化通孔陣列 (31)和（32)形成基片集成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)； 所述基片集成波導(dǎo)通過轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)與共面波導(dǎo)相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，其特征在于：還包 括三個(gè)感性窗，所述三個(gè)感性窗由三組金屬化通孔（33 )和（34 )，（ 35 )和（36 )，（ 37 )和（38 ) 構(gòu)成，所述三個(gè)感性窗設(shè)置在基片集成波導(dǎo)橫截面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，其特征在于：所述 轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)包括刻蝕在上表面金屬層上的兩條對稱折縫隙（4)，被兩條對稱折縫隙（4)包圍 的金屬條帶（5)為共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)體，在共面波導(dǎo)兩側(cè)地的結(jié)構(gòu)中，由金屬化通孔（3)排 布形成了兩個(gè)L形通孔陣列（6)與上下表面金屬層聯(lián)通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，其特征在于：所述 介質(zhì)基板為T型，在介質(zhì)基板橫向的兩端設(shè)有固定螺絲孔（7)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，其特征在于：所述 呈銳角狀的金屬帶條的夾角為30° -38°。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，其特征在于：所述 每條上下引向單元金屬條帶（13)和（14)的之間的間距為0. 2mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的Q波段超高速無線局域網(wǎng)室內(nèi)接入天線，其特征在于：所述 感性窗之間的間距為二分之一導(dǎo)波長度。
【文檔編號】H01Q1/38GK104092012SQ201410339901
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】張彥, 洪偉, 王海明, 薛宗林, 張軍 申請人:江蘇中興微通信息科技有限公司, 東南大學(xué)