一種基于天線?濾波器?天線陣列的超寬帶移動通信天線罩制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于天線?濾波器?天線陣列的超寬帶移動通信天線罩。所述天線罩為主要由多個相同周期單元結構陣列組成的周期性頻率選擇表面，每個周期單元主要由上下兩層的介質層，上下兩層的圓環(huán)形金屬貼片層和兩層介質層之間的金屬縫隙層組成，空間內的電磁場打向所述天線罩，依次經過上層金屬層、金屬縫隙層和下層金屬層的三層選擇性濾波后，從下層金屬層輸出所需頻段的電磁場，并能大幅度抑制雜波的能量。本實用新型專利技術適用于超寬帶移動通信天線罩的設計，通帶帶寬大，帶內插入損耗極小且穩(wěn)定，頻率選擇性能佳。在移動通信，雷達等領域都具有巨大的應用價值。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本技術涉及了一種天線器件，尤其是涉及了一種基于天線-濾波器-天線陣列(Antenna-Filter-Antenna)的超寬帶移動通信天線罩，可用于超寬帶(5G)移動通信，
技術介紹
目前，國際上對于5G移動通信的需求已經迫在眉睫，歐盟的5G網絡將在2020年～2025年之間投入運營。美國移動運營商Verizon無線公司宣布，將從2016年開始試用5G網絡，2017年在美國部分城市全面商用在未來的日子里。我國工信部副部長陳肇雄表示：5G是新一代移動通信技術發(fā)展的主要方向，是未來新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比，5G不僅將進一步提升用戶的網絡體驗，同時還將滿足未來萬物互聯(lián)的應用需求。5G具有更高的速率、更寬的帶寬。因此，對5G實際應用的硬件設備提出了更高的要求，尤其是天線罩這一模塊。針對5G通信如此大的帶寬，要滿足大于2GHz帶寬的通帶，并且為了不使信號失真，需要滿足如此寬帶內的插入損耗至少小于0.6dB。這無疑是一個新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有天線罩的實現(xiàn)方式，一般采用的是周期性頻率選擇表面結構。對于這種結構的研究，國內外已經經歷了許多年。常見的單層或者雙層金屬頻率選擇表面結構可以實現(xiàn)窄帶的空間濾波，或者選擇性較差的寬通帶的空間濾波。這里的選擇性較差指的是通帶內的插入損耗不平穩(wěn)，通帶內的插入損耗較大以及通帶到阻帶的過度較慢，無法保證阻帶的抑制性能。
技術實現(xiàn)思路
針對如何提高天線罩的通帶特性，阻帶特性以及頻率的選擇性，從而滿足5G移動通信要求這一問題，提出了一種基于天線-濾波器-天線陣列(Antenna-Filter-Antenna)的超寬帶移動通信天線罩，通過三層金屬層的巧妙設計，對于空間的電磁波具有高度的選擇透過性。本技術在空間電磁波正入射的情況下，在26.1～28.9GHz的寬通帶范圍內實現(xiàn)小于0.1dB的插入損耗，在滿足通帶要求的同時，對于帶外31.4～34.3GHz范圍內的阻帶抑制超過20dB。并且通帶到阻帶的下降速度快，具有良好的頻率選擇性。本技術解決其技術問題所采用的技術方案：所述天線罩為主要由多個相同周期單元結構陣列組成的周期性頻率選擇表面，每個周期單元主要由上下兩層的介質層、上下兩層的圓環(huán)形金屬貼片層和兩層介質層之間的金屬縫隙層組成，空間內的電磁場打向所述天線罩，依次經過上層金屬層、金屬縫隙層和下層金屬層的三層選擇性濾波后，從下層金屬層輸出所需頻段的電磁場，并能大幅度抑制雜波的能量。本技術周期單元結構的個數(shù)可依據實際用途選擇20×20至40×40之間。所述的周期單元包括上層金屬貼片、上層介質板、中間層金屬板、下層介質板和下層金屬貼片，中間層金屬板位于上層介質板和下層介質板之間，上層金屬貼片貼于上層介質板上表面，下層金屬貼片貼于下層介質板下表面，上層金屬貼片和下層金屬貼片結構尺寸相同。所述的中間層金屬板設有中間層金屬縫隙，中間層金屬縫隙包括方環(huán)形縫隙和位于方環(huán)形縫隙內中心的四個Z字形縫隙，四個Z字形縫隙以螺旋中心對稱方式沿圓周間隔均布，Z字形縫隙由中間層金屬板中心向外依次分為內段縫隙、中段縫隙和外段縫隙，內段縫隙和外段縫隙均平行于中間層金屬板其中一條邊，中段縫隙平行于中間層金屬板另一條邊，內段縫隙的長度大于外段縫隙的長度。所述的四個Z字形縫隙形成的對稱中心和方環(huán)形縫隙的中心均位于中間層金屬板的中心。所述的上層金屬貼片和下層金屬貼片均為置于介質板中心的圓環(huán)形金屬貼片。所述介質層的介電常數(shù)為2.2，介電損耗角正切為0.0009。所述的介質層采用Rogers RT5880板材，通過設計中間層金屬縫隙的大小和形狀改變上下圓環(huán)形金屬層之間的耦合，使得空間電磁波在正入射的情況下，在26.1～28.9GHz的通帶范圍內的插入損耗小于0.1dB。本技術具有的有益的效果是：本技術天線罩結構，適合于傳統(tǒng)PCB工藝進行加工實現(xiàn)。本技術的金屬縫隙層中間的Z字形縫隙與上下兩個相同的圓環(huán)形貼片為天線罩提供一個插入損耗穩(wěn)定極小并且?guī)挿浅４蟮耐◣В姶挪ㄔ谡肷涞那闆r下，在26.1～28.9GHz的通帶范圍內，插入損耗小于0.1dB；25.7～29.2GHz的通帶范圍內，插入損耗小于0.3dB；本技術中間金屬縫隙層的方形縫隙為天線罩提供一個帶外抑制較大且范圍較廣的阻帶。電磁波在正入射的情況下，在31.4～34.3GHz的阻帶范圍內，阻帶抑制大于20dB。本技術同時支持TE，TM兩種電磁波的極化模式，在正負30度的角度變化范圍內性能非常穩(wěn)定。本技術在超寬帶移動通信以及雷達等領域具有重要的應用價值。附圖說明圖1是本技術實施例的天線罩三維結構圖。圖2是本技術中周期單元結構的三維結構圖。圖3是本技術中周期單元結構的正視圖。圖4是中間層中間板的結構視圖。圖5是電磁波入射角度對于本技術中的天線罩性能的影響曲線。圖6是本技術中天線罩的傳輸特性曲線。圖中：1、上層金屬貼片，2、上層介質板，3、中間層金屬縫隙，4、下層介質板，5、下層金屬貼片，3a、Z字形縫隙，3b、方環(huán)形縫隙。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本技術作進一步說明。如圖1和圖2所示，本技術的天線罩為主要由多個相同周期單元結構陣列組成的周期性頻率選擇表面，每個周期單元主要由上下兩層的介質層，上下兩層的圓環(huán)形金屬貼片層和兩層介質層之間的金屬縫隙層組成，空間內的電磁場打向所述天線罩，依次經過上層金屬層、金屬縫隙層和下層金屬層的三層選擇性濾波后，從下層金屬層輸出所需頻段的電磁場，并能大幅度抑制雜波的能量。如圖2和圖3所示，周期單元包括上層金屬貼片1、上層介質板2、中間層金屬板、下層介質板4和下層金屬貼片5，中間層金屬板位于上層介質板2和下層介質板4之間，上層金屬貼片1貼于上層介質板2上表面，下層金屬貼片5貼于下層介質板4上表面，上層金屬貼片1和下層金屬貼片5均為圓環(huán)形金屬貼片，結構尺寸相同。如圖4所示，中間層金屬板設有中間層金屬縫隙3，中間層金屬縫隙3包括方環(huán)形縫隙3b和位于方環(huán)形縫隙3b內中心的四個Z字形縫隙3a，四個Z字形縫隙3a以螺旋中心對稱方式沿圓周間隔均布，Z字形縫隙3a由中間層金屬板中心向外依次分為內段縫隙、中段縫隙和外段縫隙，內段縫隙和外段縫隙均平行于中間層金屬板其中一條邊，中段縫隙平行于中間層金屬板另一條邊，中段縫隙銜接于內段縫隙和外段縫隙之間，中段縫隙分別與內段縫隙、外段縫隙相垂直，內段縫隙的長度大于外段縫隙的長度，四個Z字形縫隙3a形成的對稱中心和方環(huán)形縫隙3b的中心均位于中間層金屬板的中心。整個天線罩的工作原理如下：(a)基板上的兩層圓形貼片層可分別視為外層的發(fā)射與接收天線，并且本身已經為兩個諧振的單元，可分別等效為串聯(lián)諧振回路。(b)嵌入在兩側基板之間的金屬縫隙層本身為一個帶通結構。而這里我們將縫隙設計成諧振單元，與金屬貼片一起形成一個高階的濾波。(c)為了使天線罩具有更好地選擇透過性，在金屬縫隙層中，巧妙加入了一個方環(huán)形的縫隙，使得該結構的傳輸響應具有通帶往阻帶陡峭的特性。本技術實施例以工作在5G移動通信頻段的天線罩為例，具體闡述各個部分的實施方式以及各部分的結構參數(shù)對于整體的影響：5G移動通信現(xiàn)在最有可能被國際采用的頻段在27.5GHz左右，覆蓋的帶寬大于2GHz本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于天線?濾波器?天線陣列的超寬帶移動通信天線罩，其特征在于：所述天線罩為主要由多個相同周期單元結構陣列組成的周期性頻率選擇表面，每個周期單元主要由上下兩層的介質層、上下兩層的圓環(huán)形金屬貼片層和兩層介質層之間的金屬縫隙層組成，空間內的電磁場打向所述天線罩，依次經過上層金屬層、金屬縫隙層和下層金屬層的三層選擇性濾波后，從下層金屬層輸出所需頻段的電磁場，并能大幅度抑制雜波的能量。

【技術特征摘要】
1.一種基于天線-濾波器-天線陣列的超寬帶移動通信天線罩，其特征在于：所述天線罩為主要由多個相同周期單元結構陣列組成的周期性頻率選擇表面，每個周期單元主要由上下兩層的介質層、上下兩層的圓環(huán)形金屬貼片層和兩層介質層之間的金屬縫隙層組成，空間內的電磁場打向所述天線罩，依次經過上層金屬層、金屬縫隙層和下層金屬層的三層選擇性濾波后，從下層金屬層輸出所需頻段的電磁場，并能大幅度抑制雜波的能量。2.根據權利要求1所述的一種基于天線-濾波器-天線陣列的超寬帶移動通信天線罩，其特征在于：所述的周期單元包括上層金屬貼片(1)、上層介質板(2)、中間層金屬板、下層介質板(4)和下層金屬貼片(5)，中間層金屬板位于上層介質板(2)和下層介質板(4)之間，上層金屬貼片(1)貼于上層介質板(2)上表面，下層金屬貼片(5)貼于下層介質板(4)下表面，上層金屬貼片(1)和下層金屬貼片(5)結構尺寸相同。3.根據權利要求2所述的一種基于天線-濾波器-天線陣列的超寬帶移動通信天線罩，其特征在于：所述的中間層...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李達，李爾平，俞恢春，項方品，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：新型
國別省市：浙江;33