一款“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列及制备方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是一款“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列及制备方法。

背景技术

随着移动通信系统的代际发展与通信技术的革新，对蜂窝数据的需求一直在以惊人的速度增长，保守估计流量从40%同比增长到70%。

毫米波技术是当前5G通信系统的核心技术之一，成为众多学者的研究重点，可应用于移动终端、可穿戴设备、车联网等诸多领域。5G对天线系统有着高增益、宽频带的要求，如何设计性能更好的高增益宽频带的5G毫米波天线，是一个重要的研究方向。

发明内容

本发明提出一款“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列及制备方法，具有高增益和较宽的工作带宽。

本发明采用以下技术方案。

一款“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列，所述天线阵列包括以行列阵列方式贴附于基片上表面的多个天线贴片，天线贴片表面一侧以工字型槽形成用于拓展天线工作带宽的缝隙结构，工字型槽的横向沟槽方向为天线阵列横向，工字型槽的竖向沟槽方向为天线阵列的纵向；天线贴片表面的另一侧设有用于馈电的同轴馈电电缆，同轴馈电电缆内芯与天线贴片的连接点位于工字型槽的横向旁侧；基片下表面设有接地结构。

所述天线贴片在基片上表面按2行×4列布局排列形成线性的8元天线阵列。

所述工字型槽的横向沟槽、竖向沟槽的宽度均为Wa，值为0.1mm；工字型槽的横向沟槽长度为la，la的值为1.2mm，竖向沟槽长度为lb，lb的值为1mm；

天线贴片为正方形，其横向长度为L，值为2.45mm，其竖向长度为W，值为2.45mm；

同轴馈电电缆内芯与天线贴片的连接点跟天线贴片中央位置的间距为d，值为0.75mm；

同轴馈电电缆内芯的半径为r1，值为0.1mm，同轴馈电电缆的半径为r2，值为0.23mm；所述基片的厚度为h，值为1mm。

所述基片为Rogers RO4350基片。

所述8元天线阵列为定向天线，具有15.1dB的增益，其在xoz平面的3dB波束宽度为51°，在yoz平面的3dB波束宽度为20°。

所述天线贴片的中心工作频率为26GHz，其-10dB工作带宽为2.7GHz，增益为6.50dB，电压驻波比VSWR小于2，且能够覆盖整个工作频段，在xoz平面的3dB波束宽度为93˚，在yoz平面的3dB波束宽带为89˚。

一款“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列的制备方法，用于以上所述的“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列，所述工字型槽为穿透天线贴片的通槽，通过对天线贴片的蚀刻加工来制备。

本发明设计的天线阵列结构紧凑，具有宽频带、高增益、高隔离度、低副瓣等优点，其工作带宽能够覆盖我国5G毫米波(24.75GHz到27.5GHz)频段，天线阵列适合于5G移动通信系统。

本发明中，通过在天线贴片单元上面蚀刻“工”字型开槽以拓宽天线带宽和提高增益，实现了单元工作带宽和增益显著提升，具有更好的辐射特性，本发明构造简单，能满足天线小型化的发展需求，本发明由天线单元组成的天线阵列结构紧凑，实现了宽频带、高增益、高隔离度以及低副瓣，能应用于5G移动终端。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的天线贴片单元的立体示意图；

附图2是天线贴片单元的仿真结果示意图；

附图3是2×4天线阵列的俯视向示意图；

附图4是天线阵列的仿真结果示意图；

附图5是天线阵列的S参数示意图；

图中：1-天线贴片；2-同轴馈电电缆；3-基片；4-接地结构；5-工字型槽。

具体实施方式

如图所示，一款“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列，所述天线阵列包括以行列阵列方式贴附于基片3上表面的多个天线贴片1，天线贴片表面一侧以工字型槽5形成用于拓展天线工作带宽的缝隙结构，工字型槽的横向沟槽方向为天线阵列横向，工字型槽的竖向沟槽方向为天线阵列的纵向；天线贴片表面的另一侧设有用于馈电的同轴馈电电缆2，同轴馈电电缆内芯与天线贴片的连接点位于工字型槽的横向旁侧；基片下表面设有接地结构4。

所述天线贴片在基片上表面按2行×4列布局排列形成线性的8元天线阵列。

所述工字型槽的横向沟槽、竖向沟槽的宽度均为Wa，值为0.1mm；工字型槽的横向沟槽长度为la，la的值为1.2mm，竖向沟槽长度为lb，lb的值为1mm；

天线贴片为正方形，其横向长度为L，值为2.45mm，其竖向长度为W，值为2.45mm；

同轴馈电电缆内芯与天线贴片的连接点跟天线贴片中央位置的间距为d，值为0.75mm；

同轴馈电电缆内芯的半径为r1，值为0.1mm，同轴馈电电缆的半径为r2，值为0.23mm；所述基片的厚度为h，值为1mm。

所述基片为Rogers RO4350基片。

所述8元天线阵列为定向天线，具有15.1dB的增益，其在xoz平面的3dB波束宽度为51°，在yoz平面的3dB波束宽度为20°。

所述天线贴片的中心工作频率为26GHz，其-10dB工作带宽为2.7GHz，增益为6.50dB，电压驻波比VSWR小于2，且能够覆盖整个工作频段，在xoz平面的3dB波束宽度为93˚，在yoz平面的3dB波束宽带为89˚。

一款“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列的制备方法，用于以上所述的“工”字型宽带高增益5G毫米波天线阵列，所述工字型槽为穿透天线贴片的通槽，通过对天线贴片的蚀刻加工来制备。

本发明的8元天线阵列中，工字型槽的横向沟槽方向为X向，竖向沟槽方向为Y向，竖向沟槽方向为定向天线的辐射方向，阵列中，可以通过优化调整相邻天线贴片的横向和纵向间隔，提高天线阵列的隔离度和增益。

本发明的8元天线阵列中，相邻天线贴片的横向间距远大于纵向间距。

实施例：

如图1所示，天线设计在Rogers RO4350基片上，由基片、地平面（接地结构）、天线贴片以及同轴电缆组成。为了拓展天线的工作带宽，在天线贴片的表面开“工”字型槽。

天线采用的馈电方式是同轴馈电。

从图2的仿真结果中，能够看出天线贴片单元的中心工作频率为26GHz，其-10dB工作带宽为2.7GHz，其工作带宽能够覆盖我国5G毫米波(24.75GHz到27.5GHz)频段。在中心频点处天线贴片单元实现了6.50dB的增益，电压驻波比VSWR小于2的范围能够覆盖整个工作频段。在xoz平面的3dB波束宽度为93˚，在yoz平面的3dB波束宽带为89˚。天线贴片单元具有较宽的工作带宽和较高的增益。

如图3所示，通过选择合适的排列方式，优化调整天线贴片单元之间的间隔，组成了一款2×4天线阵列。。

2×4天线阵列的仿真结果如图4所示，设计的8元天线阵列具有15.1dB的增益，其在xoz平面的3dB波束宽度为51°，在yoz平面的3dB波束宽度为20°，该阵列方向性较好，主瓣大，副瓣小。

天线阵列的S参数图在图5中给出，设计8元天线阵列具有3.51GHz的宽工作带宽(从24.67GHz到28.18GHz），设计的阵列不同阵元之间的天线阵元隔离度超过18dB，说明不同天线单元之间的干扰较小。