本實(shí)用新型涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，更具體是涉及一種使用混合多層結(jié)構(gòu)饋電的平面天線陣列。

背景技術(shù)：

毫米波天線作為毫米波無線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵器件之一，其性能好壞直接影響到整個系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的性能水平，其在毫米波頻段關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)在于加工精度及復(fù)雜度、成本、體積、帶寬及增益等。目前毫米波天線陣列由于其低剖面、高增益、易于集成等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。毫米波天線陣列主要分為饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射單元兩個部分，目前存在的天線陣列類型都在所需性能的某個方面有一定缺點(diǎn)，例如：按照饋電網(wǎng)絡(luò)劃分，使用傳統(tǒng)金屬波導(dǎo)饋電的天線陣列會擁有最小的傳輸損耗，但該饋電結(jié)構(gòu)加工成本較高，而使用帶狀線饋電的陣列雖然加工成本很低且易于集成，但是其損耗高，基片集成波導(dǎo)饋電的成本及損耗介于兩者之間。

按照輻射單元來說，傳統(tǒng)輻射單元均具有加工難度低的優(yōu)點(diǎn)，但縫隙天線陣帶寬窄、背腔天線體積大、貼片天線表面波強(qiáng)。所以，毫米波天線陣列需要針對饋電網(wǎng)絡(luò)性能與成本之間的矛盾進(jìn)行優(yōu)化，并且需要一個輻射性能更優(yōu)秀的輻射單元。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供的一種加工成本低，集成度高，帶寬寬、增益高的多層平面天線陣列。

本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)解決方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種多層平面天線陣列，其特征在于，它包括分別集成有雙層饋電網(wǎng)絡(luò)(其中包括集成空氣波導(dǎo))及部分天線結(jié)構(gòu)的若干層介質(zhì)板和覆在相鄰兩層介質(zhì)板之間的層間金屬板，層間使用縫隙耦合；雙層饋電網(wǎng)絡(luò)中下層為空氣波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)，上層為SIW饋電網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)板及層間金屬板層壓成完整天線，此種結(jié)合方式使層間公用一塊金屬隔板，節(jié)省成本。

進(jìn)一步地，它包括兩層介質(zhì)板、三層金屬板和一層絕緣板，第一層介質(zhì)板集成有多組輻射單元；第二層介質(zhì)板集成有基片集成波導(dǎo)，絕緣板位于第二層介質(zhì)板的下方，集成空氣波導(dǎo)。

進(jìn)一步地，每四個電偶極子天線為一組，呈四角分布，對角設(shè)置的兩個電偶極子天線之間連接有短路條帶，兩組短路條帶交叉連接為一體。

進(jìn)一步地，電偶極子天線，厚度0.03-0.05mm，整體結(jié)構(gòu)為方形，長度1-2mm；偶極子呈管狀，外徑為0.2-0.3mm。

進(jìn)一步地，所述金屬板為銅板，厚度為0.03-0.05mm，其上刻蝕有耦合縫隙，縫隙長寬分別為1-2mm、0.3-0.5mm。

進(jìn)一步地，第二層介質(zhì)板材質(zhì)為Rogers4350B，厚度為0.5-0.6mm。

進(jìn)一步地，絕緣板材質(zhì)為FR4，厚度0.4-0.6mm。

進(jìn)一步地，最下層金屬板的底部設(shè)置有輸入轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，用作輸入口與空氣波導(dǎo)輸入端相連。

本實(shí)用新型采用上述技術(shù)解決方案所能達(dá)到的有益效果是：

1、本實(shí)用新型傳輸損耗低，保持性能同時節(jié)省成本。采用使用雙層饋電網(wǎng)絡(luò)饋電，并且在傳輸長度長的下層饋電網(wǎng)絡(luò)使用高成本集成空氣波導(dǎo)，上層傳輸長度短的子網(wǎng)絡(luò)使用低成本基片集成波導(dǎo)，以此做到對性能和成本之間的最大優(yōu)化。

2、帶寬寬，使用性能優(yōu)秀的磁電偶極子天線，該天線加工難度低，且?guī)掃h(yuǎn)寬于傳統(tǒng)天線。

3、易于加工。使用PCB技術(shù)，層間使用簡單的縫隙耦合，且所有結(jié)構(gòu)均集成在介質(zhì)基片中，無對加工精度要求很高的結(jié)構(gòu)，在毫米波器件加工中極大節(jié)省加工成本。

4、增益高。由于其體積小，可以制作大規(guī)模的天線陣列，因此增益很高。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的三維結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型的側(cè)視圖；

圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例的層1的俯視圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的層2的俯視圖；

圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的層3的俯視圖；

圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的層4的俯視圖；

圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的層5的俯視圖；

圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的層6的俯視圖；

圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的層7的俯視圖；

圖10是本實(shí)用新型中輻射單元的三維結(jié)構(gòu)圖；

圖11是本實(shí)用新型中輻射單元的側(cè)視圖；

圖12是本實(shí)用新型的S參數(shù)設(shè)計結(jié)果；

圖13是本實(shí)用新型的71GHZ頻點(diǎn)輻射方向圖；

圖14是本實(shí)用新型的78GHZ頻點(diǎn)輻射方向圖；

圖15是本實(shí)用新型的86GHZ頻點(diǎn)輻射方向圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對本技術(shù)方案作詳細(xì)的描述。

如圖1-圖2所示，本實(shí)用新型是一種多層平面天線陣列，它包括分別集成有雙層饋電網(wǎng)絡(luò)、集成空氣波導(dǎo)的若干層介質(zhì)板和設(shè)置在相鄰兩層介質(zhì)板之間的層間金屬板，層間使用縫隙耦合；上層為2×4子陣，雙層饋電網(wǎng)絡(luò)中下層為4×2空氣波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)，上層為2×4子陣，使用SIW饋電網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)板及層間金屬板層壓成完整天線，此種結(jié)合方式使層間公用一塊金屬隔板，節(jié)省成本。

本實(shí)施例中的多層天線陣列，為7層組合結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，在第一層介質(zhì)板2中，有多組輻射單元1的電偶極子天線22，厚度0.035mm，整體結(jié)構(gòu)為方形，長度1.7mm。

如圖4所示，第一層介質(zhì)板的材質(zhì)為Rogers4350B，厚度0.508mm，其中集成有偶極子23，偶極子半徑為0.27mm；整體輻射單元結(jié)構(gòu)為圖10、圖11中的電偶極子天線22與偶極子23結(jié)合，每四個電偶極子天線為一組，呈四角分布，對角設(shè)置的兩個電偶極子天線22之間連接有短路條帶21，輻射單元整體由銅構(gòu)成，如圖10和圖11所示。

如圖5所示，為設(shè)置在第一層介質(zhì)板下方的銅板3，厚度為0.035mm，其上刻蝕有耦合縫隙10，縫隙長寬分別為1.4mm、0.4mm。

如圖6所示，第二層介質(zhì)板4材質(zhì)為Rogers4350B，厚度0.508mm，其中集成有基片集成波導(dǎo)，作為2×4子陣饋電網(wǎng)絡(luò)，基片集成波導(dǎo)寬度1.4825mm，圖中相鄰兩立柱11之間的間隔0.55mm,立柱的直徑0.3mm。立柱12、13作用為調(diào)整網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配，立柱12直徑為0.25mm，立柱14用作調(diào)整耦合縫隙10的能量耦合。

如圖7所示，為設(shè)置在第二層介質(zhì)板下方的銅板5，厚度為0.035mm，其上刻蝕有耦合縫隙15，縫隙長寬分別為1.3mm、0.35mm。

如圖8所示，為設(shè)置在如圖7所示的銅板下方的絕緣板6，集成空氣波導(dǎo)，材質(zhì)為FR4，厚度0.5mm?？諝獠▽?dǎo)呈H型，空氣波導(dǎo)的左上側(cè)橫向部16，寬度2.35mm，右下側(cè)橫向部18為開槽，中間橫向部17用作調(diào)整饋電網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配，用作調(diào)整耦合縫隙15的能量耦合，中間橫向部17的中部向外延伸為開槽19，用作調(diào)整輸入端能量耦合。

如圖9所示，為銅板7，厚度0.035mm，底部設(shè)置有輸入轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)20，用作輸入口與空氣波導(dǎo)輸入端相連。

由圖12可看出天線阻抗帶寬仿真結(jié)果可達(dá)到25.5％。圖13、14、15為橫跨天線帶寬三頻點(diǎn)的方向圖，在整個帶寬方向圖都較優(yōu)，在中低頻交叉極化低于-40dB。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，天線陣列使用雙層饋電網(wǎng)絡(luò)饋電，下層為4×2空氣波導(dǎo)功分網(wǎng)絡(luò)，上層為2×4子陣，使用SIW饋電網(wǎng)絡(luò)，天線輻射單元使用磁電偶極子天線，層間使用銅板作間隔，加工時先刻蝕介質(zhì)板及銅板最后層壓成完整天線，此種結(jié)合方式使層間公用一塊金屬隔板，節(jié)省成本。

以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。