本實用新型涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種平板陣列天線。

背景技術(shù)：

隨著天線技術(shù)的快速發(fā)展，信息化社會的全面普及，在2020年及未來，移動通信技術(shù)較邁入第五代移動通信(5G)的發(fā)展階段。其特點為0.1-1Gbps體驗速率，數(shù)10Tbps/km²流量密度，百萬級連接密度，低功耗等。而5G網(wǎng)絡(luò)針對天線技術(shù)領(lǐng)域的基本要求主要為高帶寬及低損耗，而應(yīng)用方面則為毫米波平板陣列(mmWave planar array)，多單元(massive MIMO)，波束成形(beam forming)，波束掃描(beam steering)，多波束(multi-beam)及有源一體化相控陣(phase control array)。其中毫米波平板陣列作為5G天線其他應(yīng)用的基礎(chǔ)，起著至關(guān)重要的作用。

縫隙平板陣列天線已經(jīng)在現(xiàn)代雷達和通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。其中微帶線縫隙平板陣列天線以其易集成，易加工和高性價比的特性成為最受歡迎的方案之一。但其在高頻段尤其是V-band和E-band的表現(xiàn)卻很不理想，表面波，傳輸線的輻射及基質(zhì)模損耗導(dǎo)致的低效率，高損耗的劣勢在高頻段的尤為明顯。面對5G網(wǎng)路的高帶寬低損耗，微帶線縫隙平板陣列已經(jīng)很難達到要求?；刹▽?dǎo)(SIW)結(jié)構(gòu)可以一定程度上提高天線效率，但是其基質(zhì)中的損耗仍然較高。在大型陣列的應(yīng)用中并沒有明顯優(yōu)勢。另外一種新興Gap波導(dǎo)技術(shù)以其低損耗，不要求金屬接觸的優(yōu)勢(在高頻段不存在縫隙漏波現(xiàn)象，使其設(shè)計仿真數(shù)據(jù)與樣品測試數(shù)據(jù)非常接近)越來越受到關(guān)注。但是Gap波導(dǎo)的周期性針結(jié)構(gòu)過于細小，在高頻段加工精度要求高，加工周期長難道大，很難滿足量產(chǎn)的需求。

另一方面，傳統(tǒng)的空氣波導(dǎo)縫隙輻射單元平板陣列以其低損耗，高效率的優(yōu)勢同樣得到了廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)空氣波導(dǎo)的帶寬不夠?qū)?，較難滿足5G高頻段高帶寬的需求，目前產(chǎn)品普遍相對帶寬為10％-15％，而且在其帶寬內(nèi)回波損耗也較高，駐波比在2.0左右，而一部分產(chǎn)品為了達到20％的相對帶寬，犧牲了回波損耗，駐波比高達2.6，輸入能量很大一部分都被反射。另外傳統(tǒng)空氣波導(dǎo)加工方式也存在弊端：縫隙漏波(金屬接觸要求很高)。一種新興的多層金屬片鍍銀層壓技術(shù)很大程度上解決了縫隙漏波的問題，但是加工成本異常高，并不適合大量生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實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結(jié)構(gòu)簡單，高帶寬，低損耗的平板縫隙陣列天線。

本實用新型是采用如下技術(shù)解決方案來實現(xiàn)上述目的：一種平板縫隙陣列天線，其特征在于，它包括從下往上依次設(shè)置的含饋電結(jié)構(gòu)的饋電層、含耦合口和耦合腔體的耦合層、以及輻射層，饋電層采用E面波導(dǎo)，E面波導(dǎo)采用T型等幅同向功分器通過孔徑與上層耦合層耦合，在耦合層的耦合口上方設(shè)置耦合腔體，并形成一分四功分器；輻射層設(shè)置有由多個輻射縫隙單元組成的輻射縫隙陣列，在耦合腔體中對應(yīng)輻射縫隙單元的位置設(shè)置階梯，以滿足在高帶寬的情況下，實現(xiàn)低損耗。

作為上述方案的進一步說明，所述饋電層的E面波導(dǎo)采用H面中心切割組合方式；波導(dǎo)轉(zhuǎn)角采用斜面切角，通過4級T型等幅同向功分器，饋電層末端采用E面腔體與耦合口匹配。

進一步地，所述耦合層通過耦合口與饋電層連接，耦合腔體四周設(shè)置有兩對金屬塊，耦合腔體中的矩形階梯位于輻射縫隙單元正下方，用于與輻射縫隙耦合。

進一步地，耦合腔體中的階梯位矩形階梯，以耦合口為中心對稱，用于拓展帶寬并與輻射縫隙單元匹配。

進一步地，輻射層包括輻射板和輻射腔體，輻射縫隙單元設(shè)置在輻射板上，每個輻射縫隙單元之間的間距為86％波長，輻射腔體設(shè)置在輻射縫隙單元的上方，用于進一步抑制縫隙間互耦，以抑制柵瓣。

本實用新型采用上述技術(shù)解決方案所能達到的有益效果是：

本實用新型采用在饋電層使用E面波導(dǎo)H面中心切割方式，減小了縫隙漏波，以減小了饋電層的傳輸損耗；通過饋電層與輻射層之間加入含有矩形階梯的腔體結(jié)構(gòu)，提高了阻抗匹配性能；與現(xiàn)有天線相比，其具有帶寬高，損耗低的特點。

2、本實用新型的矩形階梯以耦合腔體中心成對稱結(jié)構(gòu)，且位于輻射縫隙單元正下方，即腔體中磁場最強位置，與輻射縫隙，輻射腔體及自由空間形成多級匹配，以同時實現(xiàn)高帶寬及低損耗。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實用新型的輻射層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的耦合層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型的饋電層結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：1、饋電層 1-1、底板 1-2、E面波導(dǎo) 1-21、E面波導(dǎo)傳輸層上切面 1-22、E面波導(dǎo)傳輸層下切面 1-3、T型功分器 1-4、E面腔體 2、耦合層 2-1、耦合口 2-2、耦合腔體 3、輻射層 3-1、縫隙輻射單元 3-2、輻射板 3-3、輻射腔體 4、矩形階梯 5、金屬塊。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本技術(shù)方案作詳細的描述。

如圖1-圖4所示，本實用新型是一種平板縫隙陣列天線，它包括從下往上依次設(shè)置的含饋電結(jié)構(gòu)下切面1-22的饋電層1、含耦合口2-1，耦合腔體2-2饋電結(jié)構(gòu)上切面1-21的耦合層2、以及輻射層3，饋電層1包括作為饋電層下壁的底板1-1和與底板對應(yīng)的E面波導(dǎo)1-2，E面波導(dǎo)采用H面中心切割組合方式，形成E面波導(dǎo)傳輸層上、下切面1-21、1-22，其金屬接觸要求不高，可以很大程度上減小縫隙漏波，并且加工精度及成本較低，可通過機加工或開模量產(chǎn)，波導(dǎo)轉(zhuǎn)角采用斜面切角，以對傳輸不連續(xù)補償。E面波導(dǎo)1-2采用4級T型等幅同向功分器1-3通過孔徑與上層耦合層2耦合，在耦合層的耦合口2-1上方設(shè)置耦合腔體2-2，并形成一分四功分器；輻射層3設(shè)置有由64個輻射縫隙單元3-1組成的輻射縫隙陣列及64個輻射腔體3-2，在耦合腔體中對應(yīng)輻射縫隙單元的位置設(shè)置矩形階梯4，以滿足在高帶寬的情況下，實現(xiàn)低損耗。

進一步地，所述耦合層通過耦合口與饋電層連接，耦合腔體四周設(shè)置有兩對金屬塊5用于抑制高級模的產(chǎn)生，降低輻射縫隙單元間的互耦，耦合腔體中的矩形階梯位于輻射縫隙單元正下方，即腔體中磁場最強位置，用于與輻射縫隙單元耦合。耦合腔體中矩形階梯以耦合口為中心對稱，用于拓展帶寬并與輻射縫隙單元匹配。輻射層3包括輻射板3-2和輻射腔體3-3，輻射縫隙單元3-1設(shè)置在輻射板3-2上，每個輻射縫隙單元之間的間距為86％波長，輻射腔體設(shè)置在輻射縫隙單元的上方，用于進一步抑制縫隙間互耦，以抑制柵瓣。

本實施例中，天線整體分為三部分通過焊接或螺栓進行連接，第一部分為底板與、E面波導(dǎo)傳輸層下切面一體化機加工或開模；第二部分為E面波導(dǎo)傳輸層上切面、耦合口、耦合腔體、矩形階梯及兩組金屬塊一體化機加工或開模；第三部分為輻射板與輻射腔體一體化機加工或開模。

其中矩形波導(dǎo)內(nèi)壁寬*高尺寸為(a*b)1mm*2.7mm，耦合口長*寬尺寸為2mm*0.87mm，耦合腔體內(nèi)壁長*寬*高尺寸為5.91mm*4.45mm*0.87mm,輻射縫隙單元長*寬尺寸為2mm*0.3mm，其中輻射縫隙單元在兩個水平方向上單元間距均為3.2mm，輻射腔體內(nèi)壁長*寬*高尺寸為2.55mm*1.8mm*1.2mm。

8*8平板陣列天線整體尺寸數(shù)據(jù)如下：(L*W*H)29.6mm*29.6mm*9.62mm,阻抗帶寬為70.4-87GHZ，相對帶寬21％，在該帶寬內(nèi)，回波損耗低于-19dB。并且經(jīng)過5度極化偏轉(zhuǎn)可以滿足ETSI range7class2要求。

本技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，在現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)不能同時滿足高帶寬及低損耗的情況下，通過改造耦合腔體結(jié)構(gòu)形式，在其中加入矩形階梯，以滿足在高帶寬的情況下，實現(xiàn)低損耗；矩形階梯以耦合腔體中心成對稱結(jié)構(gòu)，且位于輻射縫隙單元正下方即是腔體中磁場最強位置，與輻射縫隙陣列及輻射腔體形成多級階梯耦合，以同時實現(xiàn)高帶寬及低損耗，性能更加優(yōu)越。

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