本發(fā)明涉及無(wú)線通信終端的天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種毫米波雙極化縫隙天線陣列。

背景技術(shù)：

隨著多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,無(wú)線通信對(duì)帶寬的需求也快速增加。傳統(tǒng)低頻無(wú)線頻譜資源也逐漸趨于飽和，盡管采用高階調(diào)制或多址技術(shù)可以擴(kuò)大通信系統(tǒng)的容量、提高頻譜利用率,但是對(duì)帶寬的改善很有限。為了進(jìn)一步滿足通信終端對(duì)帶寬的需求,實(shí)現(xiàn)高速寬帶無(wú)線通信,勢(shì)必需要開(kāi)發(fā)新的無(wú)線頻譜資源。

近年來(lái)，對(duì)于在毫米波波段工作的平面天線陣列的研究已經(jīng)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，毫米波由于其頻譜資源豐富,波長(zhǎng)短,干擾小,能夠?qū)崿F(xiàn)高速帶寬下的數(shù)據(jù)交換,可有效地解決無(wú)線接入中所面臨的諸多問(wèn)題,因此具有高增益的毫米波天線陣列對(duì)于高靈敏度的前端設(shè)備實(shí)現(xiàn)高速無(wú)線通信至關(guān)重要，其在寬帶無(wú)線通信中有著廣泛的應(yīng)用前景。

近期起草的5G標(biāo)準(zhǔn)中，進(jìn)一步要求天線實(shí)現(xiàn)多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)的功能，以滿足同時(shí)服務(wù)于多個(gè)用戶的需求。雙極化天線陣列可以用兩個(gè)正交偏振同時(shí)服務(wù)兩個(gè)用戶，因此是實(shí)現(xiàn)MIMO功能的最簡(jiǎn)單的方式。目前已有的毫米波雙極化天線陣列，可實(shí)現(xiàn)高隔離度，且具有良好的交叉極化特性，雖然該天線陣列可以同時(shí)服務(wù)兩個(gè)用戶，但是由于該天線陣列的天線單元層所使用縫隙天線元件的縫隙形狀均為直線形，使得電磁波到縫隙的長(zhǎng)度固定，導(dǎo)致其工作帶寬較窄。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種毫米波雙極化縫隙天線陣列，以提高天線陣列的工作帶寬。具體技術(shù)方案如下：

一種毫米波雙極化縫隙天線陣列，包括：

依次層疊設(shè)置的天線單元層、第一饋電網(wǎng)絡(luò)層以及第二饋電網(wǎng)絡(luò)層；其中，

所述天線單元層包括第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第一縫隙天線元件，所述第一縫隙天線元件為：四個(gè)窄邊邊緣上呈半圓形的十字形縫隙天線元件；

所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的第一表面設(shè)置有第二縫隙天線元件，其中，所述第一表面為：所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層靠近所述天線單元層的表面；

所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)層的第二表面設(shè)置有第三縫隙天線元件，其中，所述第二表面為：所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)層靠近所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的表面；

所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)層，用于產(chǎn)生第二電磁波，并通過(guò)所述第三縫隙天線元件將所述第二電磁波均勻等相位的耦合至所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層；

所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層，用于產(chǎn)生與所述第二電磁波方向垂直的第一電磁波，并通過(guò)所述第二縫隙天線元件將雙極化電磁波均勻等相位的耦合至所述天線單元層，所述雙極化電磁波為：所述第一電磁波和第二電磁波形成的電磁波；

所述天線單元層，用于通過(guò)所述第一縫隙天線元件將所述雙極化電磁波輻射至自由空間。

可選的，所述天線單元層包括：依次層疊設(shè)置的第一金屬層、第一介質(zhì)基板和第二金屬層，其中，所述第一金屬層疊加設(shè)置于所述第一介質(zhì)基板遠(yuǎn)離所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的一側(cè)，所述第二金屬層與所述第一金屬層相對(duì)，疊加設(shè)置于所述第一介質(zhì)基板靠近所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的一側(cè)，所述第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第一縫隙天線元件位于所述第一金屬層上，所述第二金屬層上設(shè)置有第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第四縫隙天線元件；

所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層包括：依次層疊設(shè)置的第三金屬層、第二介質(zhì)基板和第四金屬層，其中，所述第三金屬層疊加設(shè)置于所述第二介質(zhì)基板靠近所述天線單元層的一側(cè)，所述第四金屬層與所述第三金屬層相對(duì)，疊加設(shè)置于遠(yuǎn)離所述天線單元層的一側(cè)，所述第三金屬層上設(shè)置有所述第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)所述第二縫隙天線，所述第四金屬層上設(shè)置有所述第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第五縫隙天線元件；

所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)層包括：依次層疊設(shè)置的第五金屬層、第三介質(zhì)基板和第六金屬層，其中，所述第五金屬層疊加設(shè)置于所述第三介質(zhì)基板靠近所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的一側(cè)，所述第六金屬層與所述第五金屬層相對(duì)，疊加設(shè)置于遠(yuǎn)離所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的一側(cè)，所述第五金屬層上設(shè)置有所述第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)所述第三縫隙天線元件；

所述第三縫隙天線元件，用于將所述第二電磁波耦合至所述第五縫隙天線元件；

所述第二縫隙天線元件，用于將所述雙極化電磁波耦合至所述第四縫隙天線元件。

可選的，所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)層，還包括：第一功分器、第一波導(dǎo)端口和第一轉(zhuǎn)換器，其中，所述第一功分器和第一轉(zhuǎn)換器分別設(shè)置于所述第二介質(zhì)基板上，所述第一波導(dǎo)端口設(shè)置于所述第二介質(zhì)基板的邊緣；

所述第一轉(zhuǎn)換器與所述第一波導(dǎo)端口連接，用于將經(jīng)由所述第一波導(dǎo)端口進(jìn)入的第一入射波轉(zhuǎn)換成第一電磁波；

所述第一功分器，用于將所述第一電磁波均勻等相位的饋到每個(gè)所述第二縫隙天線元件；

所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)層，還包括：第二功分器、第二波導(dǎo)端口和第二轉(zhuǎn)換器，其中，所述第二功分器和第二轉(zhuǎn)換器分別設(shè)置于所述第三介質(zhì)基板上，所述第二波導(dǎo)端口設(shè)置于所述第三介質(zhì)基板的邊緣；

所述第二轉(zhuǎn)換器與所述第二波導(dǎo)端口連接，用于將經(jīng)由所述第二波導(dǎo)端口進(jìn)入的第二入射波轉(zhuǎn)換成與所述第一電磁波方向垂直的第二電磁波；

所述第二功分器，用于將所述第二電磁波均勻等相位的饋到每個(gè)所述第三縫隙天線元件。

可選的，所述天線單元層為：由所述第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)天線元件子陣組成的天線陣列，其中，每個(gè)所述天線元件子陣由第三預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)所述第一縫隙天線元件組成；

所述第二縫隙天線元件與所述第四縫隙天線元件一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述第二縫隙天線元件的中心與該第二縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的第四縫隙天線元件的中心形成的直線垂直于所述第二介質(zhì)基板所在平面；

所述第四縫隙天線元件與所述天線元件子陣一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述第四縫隙天線元件的中心與該第四縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的天線元件子陣的中心形成的直線垂直于所述第一介質(zhì)基板所在的平面；

所述第三縫隙天線元件與所述第五縫隙天線元件一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述第三縫隙天線元件的中心與該第三縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的第五縫隙天線元件的中心形成的直線垂直于所述第二介質(zhì)基板所在平面；

所述第五縫隙天線元件與所述第二縫隙天線元件一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述第五縫隙天線元件的中心與該第五縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的第二縫隙天線元件的中心形成的直線垂直于所述第二介質(zhì)基板所在的平面。

可選的，所述第二縫隙天線元件與所述第四縫隙天線元件均為十字形縫隙天線元件，所述第三縫隙天線元件與所述第五縫隙天線元件均為豎條形縫隙天線元件。

可選的，所述第一功分器，用于輸出等幅度、等相位的電磁波；

所述第一功分器包括：H型功分器、T型功分器以及同相T型功分器，

所述T型功分器的輸入端與所述第一波導(dǎo)端口正對(duì)；

所述T型功分器，用于通過(guò)其輸出端將所述第一電磁波輸入至所述同相T型功分器的輸入端；

所述同相T型功分器，用于通過(guò)其輸出端將所述第一電磁波輸入至所述H型功分器的輸入端。

可選的，所述H型功分器為一輸入四輸出的功分器，包括三個(gè)子功分器；

所述T型功分器為一輸入兩輸出的功分器，包括一個(gè)所述子功分器；

所述同相T型功分器為一輸入兩輸出的功分器，包括一個(gè)所述子功分器以及位于所述子功分器長(zhǎng)臂側(cè)的預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)金屬化孔洞。

可選的，所述子功分器由圓柱形金屬化孔洞組成。

可選的，所述第一電磁波與所述第二電磁波均滿足TE₁₀模的單模傳輸條件。

可選的，所述天線陣列中的所有介質(zhì)層的材料均為聚四氟乙烯板材。

可見(jiàn)，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，由于天線單元層使用的縫隙天線元件的縫隙形狀均為：四個(gè)窄邊邊緣上呈半圓形的十字形縫隙天線元件，使得電磁波到縫隙的長(zhǎng)度變化，從而提高了天線陣列的工作帶寬。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的天線單元層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的第二饋電網(wǎng)絡(luò)層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的S參數(shù)的仿真測(cè)試示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的的第一波導(dǎo)端口的E-面歸一化輻射方向的仿真測(cè)試示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的的第一波導(dǎo)端口的H-面歸一化輻射方向的仿真測(cè)試示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的的第二波導(dǎo)端口的E-面歸一化輻射方向的仿真測(cè)試示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的的第二波導(dǎo)端口的H-面歸一化輻射方向的仿真測(cè)試示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例提供的毫米波雙極化縫隙天線陣列，包括：依次層疊設(shè)置的天線單元層1、第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2以及第二饋電網(wǎng)絡(luò)層3；其中，

天線單元層1包括第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第一縫隙天線元件，第一縫隙天線元件為：四個(gè)窄邊邊緣上呈半圓形的十字形縫隙天線元件；

第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2的第一表面設(shè)置有第二縫隙天線元件，其中，第一表面為：第一饋電網(wǎng)絡(luò)層靠近天線單元層的表面；

第二饋電網(wǎng)絡(luò)層3的第二表面設(shè)置有第三縫隙天線元件，其中，第二表面為：第二饋電網(wǎng)絡(luò)層靠近第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的表面；

第二饋電網(wǎng)絡(luò)層3，用于產(chǎn)生第二電磁波，并通過(guò)第三縫隙天線元件將第二電磁波均勻等相位的耦合至第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2；

第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2，用于產(chǎn)生與第二電磁波方向垂直的第一電磁波，并通過(guò)第二縫隙天線元件將雙極化電磁波均勻等相位的耦合至天線單元層1，雙極化電磁波為：第一電磁波和第二電磁波形成的電磁波；

天線單元層1，用于通過(guò)第一縫隙天線元件將雙極化電磁波輻射至自由空間。

由于本發(fā)明實(shí)施例僅通過(guò)兩層饋電網(wǎng)絡(luò)層來(lái)實(shí)現(xiàn)雙極化電磁波，相比于現(xiàn)有技術(shù)使用多層饋電網(wǎng)絡(luò)層，例如，5層饋電網(wǎng)絡(luò)層或20層饋電網(wǎng)絡(luò)層的情況，能夠精簡(jiǎn)天線陣列的層次結(jié)構(gòu)，減少了饋電網(wǎng)絡(luò)層之間的電磁波損耗，有助于提高天線陣列的輻射增益。

具體的，如圖1所示，天線單元層1包括：依次層疊設(shè)置的第一金屬層11、第一介質(zhì)基板12和第二金屬層13，其中，第一金屬層11疊加設(shè)置于第一介質(zhì)基板12遠(yuǎn)離第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2的一側(cè)，第二金屬層13與第一金屬層11相對(duì)，疊加設(shè)置于第一介質(zhì)基板12靠近第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2的一側(cè)，第一預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第一縫隙天線元件位于第一金屬層11上，第二金屬層13上設(shè)置有第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第四縫隙天線元件；

第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2包括：依次層疊設(shè)置的第三金屬層21、第二介質(zhì)基板22和第四金屬層23，其中，第三金屬層21疊加設(shè)置于第二介質(zhì)基板22靠近天線單元層1的一側(cè)，第四金屬層23與第三金屬層21相對(duì)，疊加設(shè)置于遠(yuǎn)離天線單元層1的一側(cè)，第三金屬層21上設(shè)置有第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第二縫隙天線，第四金屬層23上設(shè)置有第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第五縫隙天線元件；

第二饋電網(wǎng)絡(luò)層3包括：依次層疊設(shè)置的第五金屬層31、第三介質(zhì)基板32和第六金屬層33，其中，第五金屬層31疊加設(shè)置于第三介質(zhì)基板32靠近第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2的一側(cè)，第六金屬層33與第五金屬層31相對(duì)，疊加設(shè)置于遠(yuǎn)離第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2的一側(cè)，第五金屬層31上設(shè)置有第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第三縫隙天線元件；

第三縫隙天線元件，用于將第二電磁波耦合至第五縫隙天線元件；第二縫隙天線元件，用于將雙極化電磁波耦合至第四縫隙天線元件。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)金屬的材質(zhì)不做限定，例如，在實(shí)際應(yīng)用中，金屬層可以為：在介質(zhì)基板表面鍍銅和/或鍍金形成的表層。

在一種具體的實(shí)施方式中，天線陣列中的所有介質(zhì)層的材料可以均為聚四氟乙烯板材，例如，由于羅杰斯襯底層的材料為聚四氟乙烯板材，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以設(shè)計(jì)天線陣列中的所有介質(zhì)層均為羅杰斯襯底層，即第一介質(zhì)基板12、第二介質(zhì)基板22以及第三介質(zhì)基板32均為羅杰斯襯底層。

由于羅杰斯襯底層能夠減少電磁波的損耗，所以，將天線陣列中的所有介質(zhì)層設(shè)置為羅杰斯襯底層，從而，減少了第二電磁波從第二饋電網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)入第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的電磁波損耗，減少了雙極化電磁波從第一饋電網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)入天線單元層的電磁波損耗，以及減少了雙極化電磁波從天線單元層進(jìn)入自由空間的電磁波損耗。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例以羅杰斯襯底作為介質(zhì)層為例進(jìn)行說(shuō)明，僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在實(shí)際應(yīng)用中，介質(zhì)層材料可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行設(shè)定。

為了能夠產(chǎn)生雙極化電磁波，第一饋電網(wǎng)絡(luò)層2，還包括：第一功分器、第一波導(dǎo)端口和第一轉(zhuǎn)換器，其中，第一功分器和第一轉(zhuǎn)換器分別設(shè)置于第二介質(zhì)基板上，第一波導(dǎo)端口設(shè)置于第二介質(zhì)基板的邊緣；第二饋電網(wǎng)絡(luò)層，還包括：第二功分器、第二波導(dǎo)端口和第二轉(zhuǎn)換器，其中，第二功分器和第二轉(zhuǎn)換器分別設(shè)置于第三介質(zhì)基板上，第二波導(dǎo)端口設(shè)置于第三介質(zhì)基板的邊緣；

第一轉(zhuǎn)換器與第一波導(dǎo)端口連接，用于將經(jīng)由第一波導(dǎo)端口進(jìn)入的第一入射波轉(zhuǎn)換成第一電磁波；

第一功分器，用于將第一電磁波均勻等相位的饋到每個(gè)第二縫隙天線元件；

第二轉(zhuǎn)換器與第二波導(dǎo)端口連接，用于將經(jīng)由第二波導(dǎo)端口進(jìn)入的第二入射波轉(zhuǎn)換成與第一電磁波方向垂直的第二電磁波；

第二功分器，用于將第二電磁波均勻等相位的饋到每個(gè)第三縫隙天線元件。

在天線陣列工作時(shí)，第一入射波由第一波導(dǎo)端口進(jìn)入第一饋電網(wǎng)絡(luò)層，通過(guò)第一轉(zhuǎn)換器的作用，將第一入射波轉(zhuǎn)換成第一電磁波，第二入射波由第二波導(dǎo)端口進(jìn)入第二饋電網(wǎng)絡(luò)層，通過(guò)第二轉(zhuǎn)換器的作用，將第二入射波轉(zhuǎn)換成與第一電磁波方向垂直第二電磁波，例如，若第一電磁波為垂直極化電磁波，則第二電磁波為水平極化電磁波；若第一電磁波為水平極化電磁波，則第二電磁波為垂直極化電磁波。

為了提高天線陣列的輻射增益，更好的將雙極化電磁波輻射到自由空間，在一種具體的實(shí)施方式中，天線單元層為：由第二預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)天線元件子陣組成的天線陣列，其中，每個(gè)天線元件子陣由第三預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)第一縫隙天線元件組成；

第二縫隙天線元件與第四縫隙天線元件一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)第二縫隙天線元件的中心與該第二縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的第四縫隙天線元件的中心形成的直線垂直于第二介質(zhì)基板所在平面；

第四縫隙天線元件與天線元件子陣一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)第四縫隙天線元件的中心與該第四縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的天線元件子陣的中心形成的直線垂直于第一介質(zhì)基板所在的平面；

第三縫隙天線元件與第五縫隙天線元件一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)第三縫隙天線元件的中心與該第三縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的第五縫隙天線元件的中心形成的直線垂直于第二介質(zhì)基板所在平面；

第五縫隙天線元件與第二縫隙天線元件一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)第五縫隙天線元件的中心與該第五縫隙天線元件對(duì)應(yīng)的第二縫隙天線元件的中心形成的直線垂直于第二介質(zhì)基板所在的平面。

具體的，天線單元層的第二金屬層與第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的第三金屬層結(jié)構(gòu)完全一致，第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的第四金屬層與第二饋電網(wǎng)絡(luò)層的第五金屬層結(jié)構(gòu)完全一致，可以理解為，第二金屬層上的第四縫隙天線元件與第三金屬層上的第二縫隙天線元件的形狀與數(shù)量一致，第四金屬層上的第五縫隙天線元件與第五金屬層上的第三縫隙天線元件的形狀與數(shù)量一致，例如，第二縫隙天線元件與第四縫隙天線元件可以均為十字形縫隙天線元件，第三縫隙天線元件與第五縫隙天線元件可以均為豎條形縫隙天線元件。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)天線元件子陣、第二縫隙天線元件、第三縫隙天線元件、第四縫隙天線元件、第五縫隙天線元件的具體形狀與數(shù)量不做限定。

如圖2所示，天線單元層的第一金屬層上設(shè)置有8x8個(gè)天線陣，天線單元之間的距離可以為0.68個(gè)波長(zhǎng)。其中，2x2個(gè)第一縫隙天線元件111組成一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的四單元的天線元件子陣112，并由天線單元層的第二金屬層上的十字形縫隙天線元件對(duì)其饋電，十字形縫隙天線元件置于四單元的天線元件子陣的結(jié)構(gòu)中心，以保證天線陣的等幅度等相位饋電。

如圖3所示，第一饋電網(wǎng)絡(luò)層的第三金屬層上設(shè)置有16個(gè)十字形縫隙天線元件211，如圖4所示，第二饋電網(wǎng)絡(luò)層的第五金屬層上設(shè)置有16個(gè)豎條形縫隙天線元件311。

本發(fā)明實(shí)施例提供的天線陣列在工作時(shí)，第三縫隙天線元件將第二電磁波耦合至第五縫隙天線元件，從而使得第二電磁波從第二饋電網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)入第一饋電網(wǎng)絡(luò)層；該第二電磁波與第一饋電網(wǎng)絡(luò)層產(chǎn)生的第一電磁波共同作用，形成雙極化電磁波，第二縫隙天線元件，將該雙極化電磁波耦合至第四縫隙天線元件，從而，使得雙極化電磁波從第一饋電網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)入天線單元層，進(jìn)而，通過(guò)天線單元層的第一縫隙天線元件輻射至自由空間。

為了使第一功分器能夠輸出等幅度、等相位的電磁波，如圖3所示，第一功分器包括：H型功分器41、T型功分器42以及同相T型功分器43，T型功分器42的輸入端與第一波導(dǎo)端口5正對(duì)；T型功分器42，用于通過(guò)其輸出端將第一電磁波輸入至同相T型功分器43的輸入端；同相T型功分器43，用于通過(guò)其輸出端將第一電磁波輸入至H型功分器41的輸入端。

具體的，H型功分器可以為一輸入四輸出的功分器，包括三個(gè)子功分器；T型功分器可以為一輸入兩輸出的功分器，包括一個(gè)子功分器；同相T型功分器可以為一輸入兩輸出的功分器，包括一個(gè)子功分器以及位于子功分器長(zhǎng)臂側(cè)的預(yù)設(shè)數(shù)量個(gè)金屬化孔洞。

子功分器由圓柱形金屬化孔洞組成，如圖3所示，子功分器由多個(gè)金屬化孔洞形成的一個(gè)尖角、一個(gè)金屬化孔洞形成的輸入端以及兩個(gè)金屬化孔洞形成的輸出端組成。其中，同相T型功分器43的實(shí)現(xiàn)可以是通過(guò)在長(zhǎng)臂側(cè)的通道中加入了六個(gè)金屬化孔洞。由于H型功分器41、T型功分器42以及同相T型功分器43均由子功分器組成，使得第一功分器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，如圖3所示，第一功分器為1分16的功分器，包括一個(gè)T型功分器41，兩個(gè)同相T型功分器42和四個(gè)H型功分器43。其中，T型功分器和同相T型功分器均為一輸入兩輸出的等幅度等相位功分器，H型功分器為一輸入四輸出的等幅度等相位功分器，第一入射波從第一波導(dǎo)端口5進(jìn)入后，經(jīng)過(guò)第一轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成第一電磁波后，第一電磁波先通過(guò)T型功分器一分為二，再通過(guò)兩個(gè)同相T型功分器分成四份，再通過(guò)四個(gè)H型功分器分成16份，在功分的過(guò)程中，由于各功分器均為等幅度等相位功分器，從而保證了將第一電磁波均勻同相位的分成16份。

類(lèi)似的，如圖4所示，第二功分器與第一功分器對(duì)應(yīng)，第二功分器為：一分16的功分器，包括：四個(gè)H型功分器61，一個(gè)T型功分器62和兩個(gè)同相T型功分器63，T型功分器62的輸入端與第二波導(dǎo)端口7正對(duì)。具體各個(gè)功分器之間的連接關(guān)系描述可以參照上述對(duì)第一功分器的描述部分，在此不再贅述。

由于TE₁₀模的截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)，一般來(lái)說(shuō)，基片集成波導(dǎo)傳輸?shù)亩际荰E₁₀模，因此，可以按照單模傳輸條件，設(shè)計(jì)第一波導(dǎo)端口的寬度以及第二波導(dǎo)端口的寬度，使得第一電磁波與第二電磁波均滿足TE₁₀模的單模傳輸條件。具體的，按照單模傳輸條件設(shè)計(jì)第一波導(dǎo)端口的寬度以及第二波導(dǎo)的寬度的方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例在此不再贅述。

可見(jiàn)，應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案，由于天線單元層使用的縫隙天線元件的縫隙形狀均為：四個(gè)窄邊邊緣上呈半圓形的十字形縫隙天線元件，使得電磁波到縫隙的長(zhǎng)度變化，從而提高了天線的工作帶寬。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種毫米波雙極化縫隙天線陣列的S參數(shù)的仿真測(cè)試示意圖，一般來(lái)說(shuō)，天線陣列的寬帶工作要求為：57-65GHz，可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的天線陣列在外加激勵(lì)的狀態(tài)下，在56-66GHz的頻段上的S11(第一波導(dǎo)端口的回波損耗)和S22(第二波導(dǎo)端口的回波損耗)的仿真和測(cè)量參數(shù)都保持在-10dB以下，從而證明了本發(fā)明實(shí)施例提供的天線陣列提高了工作帶寬。另外，本發(fā)明實(shí)施例提供的天線陣列在外加激勵(lì)的狀態(tài)下，在50-70GHz的頻段上的S12參數(shù)(第一端口和第二端口的隔離度)的仿真和測(cè)量參數(shù)都保持在-30dB以下，證明了本發(fā)明實(shí)施例提供的天線陣列的兩個(gè)極化電磁波之間具有良好的隔離度。

參照?qǐng)D6-9，可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的天線陣列在60GHz附近頻段，第一波導(dǎo)端口的E-面、H-面歸一化輻射方向的方向性，以及第二波導(dǎo)端口的E-面、H-面歸一化輻射方向的方向性都能達(dá)到20dB以上，證明了本發(fā)明實(shí)施例提供的天線陣列具有很好的方向性。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用相關(guān)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。