本實(shí)用新型涉及一種毫米波貼片天線，尤其是一種高增益的T形探針饋電的毫米波貼片天線，屬于無線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展，目前人類已經(jīng)整體步入了4G(the 4th generation)時(shí)代，4G通訊為通訊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。自從美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)將57-64GHz這7GHz的頻段開放為免費(fèi)使用頻段后，人們圍繞60-GHz頻段做出了大量的工作。5G(the fifth generation)通訊是在4G通訊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目前尚在研究階段，距離其正式投入使用還需要較長(zhǎng)的一段時(shí)間。由于毫米波頻段的信號(hào)非常適合高速數(shù)據(jù)傳輸，故將毫米波技術(shù)應(yīng)用于未來的5G通訊是一個(gè)必然的選擇。但由于57-64GHz頻段的信號(hào)具有較高的自由空間傳輸衰減和很強(qiáng)的大氣吸收效應(yīng)，因此設(shè)計(jì)一款高增益的天線是十分有必要的。

毫米波貼片天線受其本身的尺寸限制，其增益不可能達(dá)到很高的水平，一般單個(gè)天線單元的增益在工作頻段內(nèi)只能達(dá)到6dBi左右，有效地提高天線單元的增益是個(gè)十分值得探索的工作。

據(jù)調(diào)查與了解，目前公開的現(xiàn)有技術(shù)如下：

1)2014年，Mingjian Li,Kwai-Man Luk,等人在“IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”發(fā)表題為“Low-Cost Wideband Microstrip Antenna Array for 60-GHz Applications”的文章中，使用L形探針饋電結(jié)構(gòu)，對(duì)貼片天線進(jìn)行饋電。實(shí)現(xiàn)了很寬的阻抗帶寬和較高的增益，并且具有很低的交叉極化和很好的方向圖。整個(gè)天線構(gòu)建在單層PCB板上，具有廉價(jià)和易于加工的特性。天線結(jié)構(gòu)分為上下兩層，上層為輻射貼片，下層為cpw(Coplanar waveguide)饋線。

2)2013年，Mei Sun,Zhi Ning Chen,Xianming Qing等人在“IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”發(fā)表題為“Gain Enhancement of 60-GHz Antipodal Tapered Slot Antenna Using Zero-Index Metamaterial”的文章中，加載了一種ZIM結(jié)構(gòu)于ATSA(Antipodal Tapered Slot Antenna)前端，實(shí)現(xiàn)了在工作頻段內(nèi)天線的整體增益提高了0.2-2.6dBi。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種高增益的T形探針饋電的毫米波貼片天線，該天線實(shí)現(xiàn)了很好的輻射方向圖，在整個(gè)工作頻段內(nèi)具有穩(wěn)定的且較高的增益，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，體積小，成本低，特性好的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種高增益的T形探針饋電的毫米波貼片天線，包括第一介質(zhì)基板，所述第一介質(zhì)基板上設(shè)有T形探針、第一輻射貼片、第二輻射貼片、第一共面波導(dǎo)傳輸線和第二共面波導(dǎo)傳輸線，所述T形探針由水平貼片和垂直金屬過孔組成，所述水平貼片、第一輻射貼片和第二輻射貼片設(shè)置在第一介質(zhì)基板的正面，且水平貼片與第一輻射貼片、第二輻射貼片之間具有相同的間距，所述第一共面波導(dǎo)傳輸線和第二共面波導(dǎo)傳輸線設(shè)置在第一介質(zhì)基板的背面，所述垂直金屬過孔位于水平貼片的中心，并依次穿過水平貼片、第一介質(zhì)基板和第一共面波導(dǎo)傳輸線。

作為一種優(yōu)選方案，還包括兩塊第二介質(zhì)基板，兩塊第二介質(zhì)基板上、下對(duì)稱，每塊第二介質(zhì)基板設(shè)置在第一介質(zhì)基板的上端，且每塊第二介質(zhì)基板的正面加載有一個(gè)或多個(gè)ZIM單元，每個(gè)ZIM單元包括第一豎直段、第二豎直段和彎折段，所述第一豎直段與第二豎直段左、右對(duì)稱，所述彎折段的兩端分別與第一豎直段、第二豎直段相連，該彎折段由一個(gè)“幾”形結(jié)構(gòu)和一個(gè)倒“幾”形結(jié)構(gòu)組成。

作為一種優(yōu)選方案，所述每塊第二介質(zhì)基板加載多個(gè)ZIM單元時(shí)，多個(gè)ZIM單元在水平方向上依次排布。

作為一種優(yōu)選方案，所述每塊第二介質(zhì)基板的介電常數(shù)為5.9。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一輻射貼片為矩形結(jié)構(gòu)，所述第二輻射貼片為倒凹形結(jié)構(gòu)；所述第一輻射貼片設(shè)置在第二輻射貼片中間凹進(jìn)去的位置上，且第一輻射貼片與第二輻射貼片之間具有縫隙。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一共面波導(dǎo)傳輸線為矩形結(jié)構(gòu)，所述第二共面波導(dǎo)傳輸線為凹形結(jié)構(gòu)；所述第一共面波導(dǎo)傳輸線設(shè)置在第二共面波導(dǎo)傳輸線中間凹進(jìn)去的位置上，且第一共面波導(dǎo)傳輸線與第二共面波導(dǎo)傳輸線之間具有縫隙。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2.2。

作為一種優(yōu)選方案，所述水平貼片為矩形銅片，所述垂直金屬過孔的圓心位于矩形銅片的幾何中心。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：

1、本實(shí)用新型的毫米波貼片天線采用了T形探針對(duì)第一輻射貼片(產(chǎn)生的是高頻的諧振模式)、第二輻射貼片(產(chǎn)生的是低頻的諧振模式)進(jìn)行饋電，與傳統(tǒng)同軸探針饋電的貼片天線相比，具有較寬的阻抗帶寬，根據(jù)電磁仿真的結(jié)果來看，阻抗帶寬大約為30％。

2、本實(shí)用新型的毫米波貼片天線在第一介質(zhì)基板的上端還設(shè)置兩塊第二介質(zhì)基板，在每塊第二介質(zhì)基板的正面加載一個(gè)或多個(gè)ZIM(zero-index metamaterial，零折射率超材料)單元，每個(gè)ZIM單元包括第一豎直段、第二豎直段和彎折段，其中彎折段由一個(gè)“幾”形結(jié)構(gòu)和一個(gè)倒“幾”形結(jié)構(gòu)組成，利用ZIM單元加載在第一輻射貼片和第二輻射貼片的上端，提高了天線的增益，并且有效地抑制了旁瓣。

3、本實(shí)用新型的毫米波貼片天線采用T形探針饋電，使得天線主體能夠直接基于PCB工藝加工出來，明顯的降低了天線的成本，移動(dòng)通訊系統(tǒng)對(duì)成本有很高的要求，低成本對(duì)于天線的大規(guī)模應(yīng)用于移動(dòng)通訊有明顯的優(yōu)勢(shì)。

4、本實(shí)用新型的毫米波貼片天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，而且成本低，具有良好的輻射特性，交叉極化比很低，方向圖穩(wěn)定，在整個(gè)工作頻段內(nèi)都具有很低的交叉極化和很好的輻射方向圖，并且天線的增益能夠穩(wěn)定在6dBi以上，最高增益可達(dá)到8dBi左右。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的毫米波貼片天線中第一介質(zhì)基板正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的毫米波貼片天線中第一介質(zhì)基板背面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的毫米波貼片天線中第二介質(zhì)基板背面加載一個(gè)ZIM單元時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型的毫米波貼片天線中第二介質(zhì)基板背面加載三個(gè)ZIM單元時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為加載ZIM單元與不加載ZIM單元的毫米波貼片天線電磁仿真所得的S參數(shù)曲線比較圖。

圖6為加載ZIM單元與不加載ZIM單元的毫米波貼片天線電磁仿真所得的增益隨頻率變化的曲線比較圖。

其中，1-第一介質(zhì)基板，2-第一輻射貼片，3-第二輻射貼片，4-第一共面波導(dǎo)傳輸線，5-第二共面波導(dǎo)傳輸線，6-水平貼片，7-垂直金屬過孔，8-第二介質(zhì)基板，9-ZIM單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1：

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的毫米波貼片天線包括第一介質(zhì)基板1，所述第一介質(zhì)基板1上設(shè)有T形探針、第一輻射貼片2、第二輻射貼片3、第一共面波導(dǎo)傳輸線4和第二共面波導(dǎo)傳輸線5。

本實(shí)施例的毫米波貼片天線采用了T形探針對(duì)第一輻射貼片2、第二輻射貼片3進(jìn)行饋電，產(chǎn)生了兩個(gè)諧振模式，其中第一輻射貼片2產(chǎn)生的是高頻的諧振模式，第二輻射貼片3產(chǎn)生的是低頻的諧振模式，保證了天線擁有較寬的阻抗帶寬；所述T形探針由水平貼片6和垂直金屬過孔7組成，所述水平貼片6、第一輻射貼片2和第二輻射貼片3設(shè)置在第一介質(zhì)基板1的正面，且水平貼片6與第一輻射貼片2、第二輻射貼片3之間具有相同的間距(圖1中虛線2L處是水平貼片6與第一輻射貼片2、第二輻射貼片3之間形成的縫隙)；從圖1中可以看到，所述第一輻射貼片2為矩形結(jié)構(gòu)，所述第二輻射貼片3為倒凹形結(jié)構(gòu)，所述第一輻射貼片2設(shè)置在第二輻射貼片3中間凹進(jìn)去的位置上，且第一輻射貼片2與第二輻射貼片3之間具有縫隙。

本實(shí)施例的毫米波貼片天線是由不帶地的共面波導(dǎo)來進(jìn)行饋電的，將作為饋線的第一共面波導(dǎo)傳輸線4和第二共面波導(dǎo)傳輸線5設(shè)置在第一介質(zhì)基板1的背面，從圖2中可以看到，所述第一共面波導(dǎo)傳輸線4為矩形結(jié)構(gòu)，所述第二共面波導(dǎo)傳輸線5為凹形結(jié)構(gòu)，所述第一共面波導(dǎo)傳輸線4設(shè)置在第二共面波導(dǎo)傳輸線5中間凹進(jìn)去的位置上，且第一共面波導(dǎo)傳輸線4與第二共面波導(dǎo)傳輸線5之間具有縫隙，制作時(shí)，將一塊貼片覆蓋在第一介質(zhì)基板1的背面，然后在第一介質(zhì)基板1的背面上邊緣中心位置挖出一U形縫隙，形成第一共面波導(dǎo)傳輸線4和第二共面波導(dǎo)傳輸線5；所述垂直金屬過孔7是電鍍的，其位于水平貼片6的中心，并依次穿過水平貼片6、第一介質(zhì)基板1和第一共面波導(dǎo)傳輸線4。

實(shí)施例2：

如圖1～圖4所示，本實(shí)施例的毫米波貼片天線還包括兩塊第二介質(zhì)基板8，兩塊第二介質(zhì)基板8上、下對(duì)稱，每塊第二介質(zhì)基8板設(shè)置在第一介質(zhì)基板1的上端，且每塊第二介質(zhì)基板8的正面加載有一個(gè)或多個(gè)ZIM單元9，以下分別對(duì)第二介質(zhì)基板8加載一個(gè)ZIM單元9和三個(gè)ZIM單元9進(jìn)行說明：

1)每塊第二介質(zhì)基板8的正面加載一個(gè)ZIM單元9時(shí)，如圖3所示，ZIM單元9包括第一豎直段、第二豎直段和彎折段，所述第一豎直段與第二豎直段左、右對(duì)稱，所述彎折段的兩端分別與第一豎直段、第二豎直段相連，彎折段由一個(gè)“幾”形結(jié)構(gòu)和一個(gè)倒“幾”形結(jié)構(gòu)組成。

2)每塊第二介質(zhì)基板8的正面加載三個(gè)ZIM單元9時(shí)，如圖4所示，每個(gè)ZIM單元9的結(jié)構(gòu)如以上所述，三個(gè)ZIM單元9在水平方向上依次排布。

兩塊第二介質(zhì)基板8的ZIM單元9加載在圖1中的兩條虛線(1L、2L)處，由于ZIM單元能夠有效抑制天線方向圖E面的旁瓣并提高主瓣增益，故在工作頻段內(nèi)天線的增益明顯提高，在57-64GHz頻段內(nèi)增益提高了0.5-1.5dBi。

上述實(shí)施例1和2中，第一輻射貼片2、第二輻射貼片3、第一共面波導(dǎo)傳輸線4、第二共面波導(dǎo)傳輸線5、水平貼片6和ZIM單元9均采用金屬材料構(gòu)成，例如可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑的任意一種，或可以為鋁、鐵、錫、銅、銀、金和鉑任意一種的合金。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例的毫米波貼片天線中，第一介質(zhì)基板1的介電常數(shù)為2.2，兩塊第二介質(zhì)基板2的介電常數(shù)為5.9，整個(gè)毫米波貼片天線利用T形探針對(duì)大輻射貼片(第二輻射貼片3)、小輻射貼片(第一輻射貼片2)進(jìn)行饋電，使天線實(shí)現(xiàn)了較寬的阻抗帶寬，T形探針由水平貼片6和垂直金屬過孔7組成，其中水平貼片6為矩形銅片，所述垂直金屬過孔7的圓心位于矩形銅片的幾何中心，將水平貼片6、第一輻射貼片2和第二輻射貼片3印制在第一介質(zhì)基板1的正面；整個(gè)毫米波貼片天線通過共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電，將第一共面波導(dǎo)傳輸線4和第二共面波導(dǎo)傳輸線5印制在第一介質(zhì)基板1的背面，垂直金屬過孔7依次穿過水平貼片6、第一介質(zhì)基板1和第一共面波導(dǎo)傳輸線4；每塊第二介質(zhì)基板8的正面加載有三個(gè)ZIM單元9，加載ZIM單元的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)工作頻段內(nèi)的天線增益的整體提升，并且有效地抑制了旁瓣；如圖5和圖6所示，可以看到，加載ZIM單元的毫米波貼片天線與不加載ZIM單元的毫米波貼片天線相比，具有很好的輻射特性和很寬的阻抗帶寬(大約為30％)，由于ZIM單元能夠有效抑制天線方向圖E面的旁瓣并提高主瓣增益，故在工作頻段內(nèi)天線的增益明顯提高，在57-64GHz頻段內(nèi)增益提高了0.5-1.5dBi。

綜上所述，本實(shí)用新型的毫米波貼片天線采用T形探針對(duì)輻射貼片進(jìn)行饋電，保證了天線擁有較寬的阻抗帶寬，并且還可以加載一種新型的ZIM單元結(jié)構(gòu)于輻射貼片之上，有效地提高了天線的增益，在整個(gè)工作頻段內(nèi)都具有很低的交叉極化和很好的輻射方向圖，并且天線的增益能夠穩(wěn)定在6dBi以上，最高增益可達(dá)到8dBi左右。

以上所述，僅為本實(shí)用新型專利較佳的實(shí)施例，但本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型專利的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。