本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

波長為1~10毫米的電磁波稱毫米波，它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，因而兼有兩種波譜的特點，為下一代通信的主要頻段。毫米波陣列天線是通過等幅同相等方式實現(xiàn)的平面或者立體的天線陣列。

第五代移動通信（5g）系統(tǒng)作為移動通信領(lǐng)域的下一個技術(shù)和標(biāo)準發(fā)展的階段，逐漸走入人們視野。近年來，5g技術(shù)被注以極高的關(guān)注度，并進入實質(zhì)性研究階段。而毫米波通信技術(shù)是5g通信中的關(guān)鍵技術(shù)，能夠大幅提升通信速率、減少延時并提升系統(tǒng)容量。

毫米波通信中很重要的研究停留在毫米波天線的研究中，目前毫米波天線體積小，易于組陣的特點被廣泛的研究和應(yīng)用。毫米波天線陣列應(yīng)用于手機終端時，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的波束賦形（波束賦形是一種基于天線陣列的信號預(yù)處理技術(shù)，波束賦形通過調(diào)整天線陣列中每個陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益）。目前很少有通信終端涉及到毫米波天線陣列系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中蘋果公司申請的專利號為cn201621122875.x公開了一種電子設(shè)備，重點描述了一種毫米波和非毫米波移動終端天線的方案，該方案中描述的毫米波陣列都是最基本的線極化天線，在特定情況下的發(fā)射接收信號時，不可避免的產(chǎn)生了一定的極化損失。在最新的3gpp（3gpp成立于1998年12月，多個電信標(biāo)準組織伙伴簽署了《第三代伙伴計劃協(xié)議》，是國際通信協(xié)議的主要討論和制定組織，現(xiàn)在3gpp正在加快討論毫米波相關(guān)協(xié)議，為5g的到來做好準備）會議中，有關(guān)組織在考慮是否將毫米波的極化特性考慮進去，是否要在設(shè)計毫米波終端和基站陣列的時候，保證同時產(chǎn)生水平極化和垂直極化的電磁波，在此背景下，具有圓極化特性的毫米波終端陣列就顯的尤為具有優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)，能夠輻射圓極化波電磁波，在能夠產(chǎn)生很好的波束賦形的基礎(chǔ)之上，能夠更好的提高收發(fā)效率，達到減小極化損失的目的。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的：一種雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)，其包括基板、設(shè)置在所述基板上的毫米波陣列天線、與所述毫米波陣列天線連通的第一饋電單元與第二饋電單元，所述毫米波陣列天線包括若干呈正方形陣列分布的矩形金屬貼片，所述矩形金屬貼片之間通過帶狀的金屬條連通，所述第一饋電單元與所述第二饋電單元分別位于所述毫米波陣列天線的相鄰的兩邊且相互垂直設(shè)置。

進一步的，所述矩形金屬貼片的邊長為1-4mm。

進一步的，所述毫米波陣列天線的諧振頻點在28-60ghz時，所述矩形金屬貼片的邊長為3-4mm。

進一步的，所述毫米波陣列天線的諧振頻點在60ghz以上時，所述矩形金屬貼片的邊長為1-2mm。

進一步的，相鄰兩個所述矩形金屬貼片之間的縱向或橫向距離為4-6mm。

進一步的，所述毫米波陣列天線為為n*n陣列，其中15。

進一步的，所述第一饋電單元與所述第二饋電單元均包含有兩個饋電點。

進一步的，所述饋電點通過微帶線和連接單元與所述毫米波陣列天線連通。

進一步的，所述微帶線上設(shè)置有兩段不同的寬度，靠近所述饋電點一端的寬度小。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)的有益效果在于：能夠輻射圓極化波電磁波，在能夠產(chǎn)生很好的波束賦形的基礎(chǔ)之上，能夠更好的提高收發(fā)效率，達到減小極化損失的目的。具體的，在不增加陣列數(shù)量的基礎(chǔ)之上，設(shè)計圓極化特性的毫米波陣列天線，能夠同時產(chǎn)生水平極化和垂直極化的電磁波，保證了天線系統(tǒng)在收發(fā)信號的同時，最大程度上的減少天線的極化損失，本方案中設(shè)計的圓極化形式的毫米波陣列不僅能夠完美的解決3gpp組織對未來毫米波雙極化特性的構(gòu)想，同時也填補了終端天線一直沒有真正意義上的圓極化天線的空白。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例在水平極化方式下仿真的輻射方向圖；

圖3為本發(fā)明實施例在垂直極化方式下仿真的輻射方向圖；

圖4為本發(fā)明實施例在通信終端中應(yīng)用時的最佳設(shè)置位置示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中連接單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中數(shù)字表示：

100雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)；

1基板；2毫米波陣列天線，21矩形金屬貼片，22金屬條；3第一饋電單元；4第二饋電單元，41微帶線，42連接單元；p1、p2、p3、p4饋電點。

具體實施方式

實施例：

請參照圖1，本實施例為雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)100，其包括基板1、設(shè)置在基板1上的毫米波陣列天線2、與毫米波陣列天線2連通的第一饋電單元3與第二饋電單元4。

毫米波陣列天線2包括若干呈正方形陣列分布的若干矩形金屬貼片21，所述矩形金屬貼片21之間通過帶狀的金屬條22連通。

矩形金屬貼片21的邊長為1-4mm，具體的，當(dāng)需要設(shè)計28-60ghz的毫米波波段天線時，矩形金屬貼片21的邊長最優(yōu)的選擇為3-4mm，這樣能夠保證單元的矩形金屬貼片21產(chǎn)生的輻射諧振頻率在對應(yīng)的毫米波波段；當(dāng)需要設(shè)計60ghz以上的毫米波波段天線系統(tǒng)時，矩形金屬貼片21的邊長最優(yōu)的取值為1-2mm。

相鄰兩個矩形金屬貼片21之間的距離會顯著影響各個單元之間的耦合特性，對最后陣列的整體方向圖和波束賦形（波束賦形是一種基于天線陣列的信號預(yù)處理技術(shù)，波束賦形通過調(diào)整天線陣列中每個陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束，從而能夠獲得明顯的陣列增益）效果產(chǎn)生影響。因此，本實施例中，相鄰兩個矩形金屬貼片21之間的縱向或橫向距離為4-6mm，具體的，在28ghz頻段設(shè)計時，以6mm為較好的間隔，在設(shè)計60ghz陣列時，單元的間隔要相應(yīng)的等比例縮小，此時，選擇4mm為最佳。

本實施例中，毫米波陣列天線2是一個3乘3的矩形金屬貼片21陣列，矩形金屬貼片21的兩個邊長可以相等也可以不相等，且矩形金屬貼片21之間的縱向距離和橫向距離也可以相等也可以不相等。在其他實施例中，毫米波陣列天線2可設(shè)計為n*n陣列，其中15，若單排矩形金屬貼片21的數(shù)量過多，使得天線整體尺寸較大，不便集成。將矩形金屬貼片21用金屬條22連通，其作用是能夠保證各個單元之間的聯(lián)合饋電。

第一饋電單元3與第二饋電單元4結(jié)構(gòu)相同，分別位于毫米波陣列天線2的相鄰的兩邊且相互垂直設(shè)置。第一饋電單元3與第二饋電單元4均包含有兩個饋電點，分別為p1和p2、p3和p4，此雙饋系統(tǒng)能夠更好的調(diào)節(jié)輸入阻抗，保證整個天線系統(tǒng)的匹配特性；且通過第一饋電單元3與第二饋電單元4的聯(lián)合工作，天線能夠產(chǎn)生圓極化（當(dāng)無線電波的極化面與大地法線面之間的夾角從0~360°周期的變化，即電場大小不變，方向隨時間變化，電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個圓時，稱為圓極化，在電場的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°時，便可以得到圓極化。）特征，此時圓極化特性的產(chǎn)生機理為：當(dāng)調(diào)整兩組饋電單元中饋電點的相位差時，能夠保證饋入天線系統(tǒng)的能量為90度相位差，另外，兩組饋電點的位置決定了饋入的能量在空間上是正交的，以上所述兩點滿足了圓極化產(chǎn)生的條件，所以整個天線系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)圓極化。所述饋電點通過微帶線41和連接單元42與毫米波陣列天線2連通。微帶線41上設(shè)置有兩段不同的寬度，靠近所述饋電點一端的寬度小。通過設(shè)置寬度不同的微帶線41結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)饋電點的阻抗變化，保證饋電點阻抗和天線阻抗匹配，保證饋入能量盡量多的傳到天線端并輻射出去，減少了損耗。

第一饋電單元3中的微帶線41與第二饋電單元4中的微帶線41相互垂直設(shè)置，且各自垂直于毫米波陣列天線2中的對應(yīng)邊，以保證兩組饋電點的位置上饋入的能量在空間上是正交的。

請參照圖5，連接單元42為一個“回”字型金屬片結(jié)構(gòu)。連接單元42是一個呈回字形的微帶型式四端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述端口依次定義為a、b、c、d端口，其中c、d端口饋入能量，a、b端口將能量直接傳輸給毫米波陣列天線2，但是因為毫米波陣列天線2中的金屬貼片組陣的間隔較近，a、b端口之間會存嚴重的互耦，并且c端口除了向a端口饋電，不可避免的向b端口耦合，同樣，d端口希望向b端口饋電，但是也不可避免的耦合到a端口上，通過以上的四端口匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，能夠保證c端口絕大部分能量饋入a、d端口絕大部份能量饋入b端口，能夠消除互耦對組陣的影響。四個所述端口分為兩組分別位于連接單元42的一組對邊上，且其中一組端口通過微帶線41與所述饋電點連通，另外一組端口與矩形金屬貼片21連通。

圖2與圖3分別為本實施例在水平、垂直極化方式下的輻射方向圖，從圖2與圖3中可以看出水平和垂直兩個極化方式的輻射方向圖的定向性都非常好，最大輻射方向一致，都在0度方向，這表明整個天線系統(tǒng)實際上是實現(xiàn)了很好的圓極化輻射特性。且本實施例雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)100的整體增益能夠達到20dbi以上，實現(xiàn)了高增益特性。

請參照圖4，本實施例雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)100在通信終端中使用時，最佳的集成在通信終端的上下左右四個邊邊緣位置，由于本實施例所述的毫米波陣列尺寸足夠小，易于集成，所以可以很方便的放置在手機的邊緣，可以通過lds技術(shù)雕刻在終端殼體之上。lds-laserdirectstructuring激光直接成型技術(shù)是一種專業(yè)鐳射加工、射出與電鍍制程的3d-mid“three–dimensionalmoldedinterconnectdevice”生產(chǎn)技術(shù)，其原理是將普通的塑膠組件/電路板賦予電氣互連功能、支撐元器件功能和塑料殼體的支撐、防護等功能，以及由機械實體與導(dǎo)電圖形結(jié)合而產(chǎn)生的屏蔽、天線等功能結(jié)合于一體，形成所謂3d-mid，適用于icsubstrate、hdipcb、leadframe局部細線路制作。此技術(shù)可應(yīng)用在手機天線、汽車用電子電路、提款機外殼及醫(yī)療級助聽器。目前最常見的在于手機天線，一般常見手機天線內(nèi)建方法，大多采用將金屬片以塑膠熱融方式固定在手機背殼或是將金屬片直接貼在手機背殼上，lds可將天線直接雷射在手機外殼上，不僅避免內(nèi)部手機金屬干擾，更縮小手機體積。

本實施例雙饋式的圓極化毫米波陣列天線系統(tǒng)100的有益效果在于：能夠輻射圓極化波電磁波，在能夠產(chǎn)生很好的波束賦形的基礎(chǔ)之上，能夠更好的提高收發(fā)效率，達到減小極化損失的目的。具體的，在不增加陣列數(shù)量的基礎(chǔ)之上，設(shè)計圓極化特性的毫米波陣列天線，能夠同時產(chǎn)生水平極化和垂直極化的電磁波，保證了天線系統(tǒng)在收發(fā)信號的同時，最大程度上的減少天線的極化損失，本方案中設(shè)計的圓極化形式的毫米波陣列不僅能夠完美的解決3gpp組織對未來毫米波雙極化特性的構(gòu)想，同時也填補了終端天線一直沒有真正意義上的圓極化天線的空白。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。