一种面向5G应用的双频段半模基片集成波导天线

技术领域

本发明涉及微波通信领域，特别涉及一种面向5G应用的双频段半模基片集成波导天线。

背景技术

为了满足5G应用中的频谱资源需求以及提升企业在5G领域的竞争力，几大运营商确定了优先部署的5G频段，其中包括5G-sub6GHz的N78和N79频段。在这一背景下，设计一款面向5G应用的双频段宽带天线显得尤为重要，能够覆盖N78和N79频段，为用户提供高效、灵活的通信服务。

目前，业界所提出的微波双频段天线主要分为以下两类且存在各自的局限性：

(1)第一种天线是在单个谐振器中激发双/多个工作模式以实现双频段覆盖，但是由于要利用单个谐振器的较高次模，往往导致天线尺寸过大；

(2)第二种天线中使用多种谐振器结构实现双频段覆盖，但是现有的设计仍然只局限在两到三个谐振器，因此提供的模式仍然数量有限(≦4个模式)，无法实现两个频段的宽频带覆盖。

在此背景下，就天线技术领域而言，设计一款覆盖N78/N79的双频段、小型化的天线具有重要的研究意义。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种面向5G应用的双频段半模基片集成波导天线。

技术方案：发明的一种面向5G应用的双频段半模基片集成波导天线，包括自上而下依次层叠设置的上表面金属板、中间基板和金属地板，所述上表面金属板包括半模SIW板和寄生半模贴片，所述半模SIW板上设置有微带馈线和缝隙，所述中间基板上设置调谐通孔。

进一步，所述缝隙包括微带线缝隙和交叉缝隙，所述交叉缝隙设置在所述半模SIW板的中部，所述微带线缝隙设置在所述半模SIW板的边缘。

进一步，所述中间基板上还设置有第一接地通孔和第二接地通孔，所述半模SIW板通过所述第一接地通孔与所述金属地板连接，所述寄生半模贴片通过所述第二接地通孔与所述金属地板连接。

进一步，所述寄生半模贴片与所述半模SIW板之间的耦合为容性耦合馈电。

进一步，所述交叉缝隙为十字形。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、本发明采用半模基片集成波导板作为主辐射器首先产生4个谐振模式，再通过引入容性耦合的半模寄生贴片产生两个额外的谐振模式，该天线结构共可产生6个谐振模式，两个位于N78(3.3GHz-3.8GHz)频段，四个位于N79(4.4GHz-5.0GHz)频段，可实现双频双宽带覆盖；

2、引入顶部开槽和扰动通孔结构，可以调谐HMSIW主模的谐振频率，从而实现双频段频率比的灵活调谐；

3、本天线可以同时包含N78(3.3GHz-3.6GHz)以及N79(4.4GHz-5.0GHz)两个频段，但不仅限于3.3GHz-3.6GHz和4.4GHz-5.0GHz频段，该设计技术可应用于5G其他频段。

附图说明

图1为实施例中天线的三维结构示意图；

图2为实施例中天线的主视图和侧视图；

图3为实施例中天线单元的|S

图4为实施例中天线单元在3.5GHz处的仿真方向图；

图5为实施例中天线单元在4.9GHz处的仿真方向图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

如图1所示为本实施例所述的一种面向5G应用的双频段半模基片集成波导天线结构示意图，该天线包括自上而下依次层叠设置的上表面金属板、中间基板9和金属地板10，上表面金属板包括半模SIW板1和寄生半模贴片7，半模SIW板1上设置有微带馈线5和缝隙，中间基板9上设置调谐通孔3。

基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide，SIW)技术是一种新型的微波和毫米波集成电路技术，可以用于设计各种高性能的天线。基片集成波导天线与传统的贴片天线相比具有高性能、低成本、紧凑性强、扩展性强等优点。本实施利用基片集成波导(SIW)技术，构建了一种具有小型化优势的半模SIW天线，射频激励信号从半模SIW板上的微带馈电结构馈入，在半模SIW板内形成谐振，通过在上表面金属板上蚀刻的缝隙，同时引入调谐通孔，有效调谐半模SIW板的主模频率，并对其高次模产生扰动，促进高次模之间的融合，由此提供了N78频段的一个谐振点(3.34GHz)以及N79频段的三个谐振点(分别为4.26GHz和4.62GHz和5.02GHz)。

在一个示例中，如图2所示，其中上面为该天线的俯视图，下面为侧视图，该天线的半模SIW板1上的缝隙包括微带线缝隙4和交叉缝隙2，交叉缝隙2设置在半模SIW板1的中部，微带线缝隙5设置在半模SIW板1的边缘，且微带线缝隙4在微带馈线5的旁边。优选的，该交叉缝隙2为十字形。

在一个示例中，该天线的中间基板9上还设置有第一接地通孔6和第二接地通孔8，第一接地通孔6等距离排布在半模SIW板1的下方，第二接地通孔8呈一字型等距离排布在寄生半模贴片7下方，半模SIW板1通过第一接地通孔6与金属地板10连接，寄生半模贴片7通过第二接地通孔8与金属地板10连接。

在一个示例中，寄生半模贴片7与半模SIW板1之间的耦合为容性耦合馈电。

本发明首先利用基片集成波导(SIW)技术，构建了一种具有小型化优势的半模SIW天线，该天线可以产生四个模式，分别是位于N78频段的一个谐振点3.34GHz以及N79频段的三个谐振点，分别为4.26GHz、4.62GHz和5.02GHz。然后，本发明进一步在该半模SIW天线基础上在半模SIW板旁边引入了一个容性耦合馈电的寄生半模贴片，即在HMSIW上表面金属板上，引入一个寄生的半模金属贴片结构，使得该天线在N78频段引入一个新的谐振点3.62GH，在N79频段引入一个新的谐振点4.38GHz，从而拓展原天线在N78和N79频段的覆盖带宽。最终，本发明实现了5G双频段宽频设计，成功的覆盖了N78(3.3GHz-3.6GHz)频段和N79(4.4GHz-5.0GHz)频段这两个目标频段。

本天线设计主要解决了现有的微波双频段天线设计中存在的天线带宽较窄、平面尺寸大、各频段不易单独调节等问题。首先，本发明在金属地板上设计了一个初始的半模SIW谐振腔；其次，在上侧引入了一个容性耦合馈电的寄生半模贴片以实现原始谐振点的调整以及带宽的改进。由此，本发明在实现5G双频带宽频覆盖的同时能兼顾较小平面尺寸和低剖面的优异特性，极具实用价值。

本发明采用基片集成波导技术，因此具有低的剖面高度的特性，天线整体高度仅为2mm(～0.023λ

为进一步展示本发明双频段半模基片集成波导天线的有效性，通过以下仿真进行说明，其中仿真软件使用HFSS，该仿真过程中的介质基板采用的低介电常数介质基板，介电常数为4.4，损耗角为0.02；整体剖面高度0.023λ

天线单元的传输响应如图3所示，以|S