本發(fā)明涉及一種網(wǎng)格陣列天線，尤其是一種高增益毫米波網(wǎng)格陣列天線，屬于無線移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)將WLAN技術(shù)與4G、3G技術(shù)融合，能滿足個(gè)人手持設(shè)備與電腦之間的海量數(shù)據(jù)交互、無線高清圖像傳輸和顯示等。目前最受矚目的高速無線傳輸技術(shù)是60GHz毫米波無線傳輸技術(shù)。隨著WiGig聯(lián)盟與WiFi聯(lián)盟達(dá)成合作，5G時(shí)代的WLAN將采用60GHz毫米波。網(wǎng)格陣列天線可以通過調(diào)節(jié)其網(wǎng)格數(shù)目，同時(shí)提高天線的阻抗帶寬和增益，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。結(jié)合毫米波和網(wǎng)格陣列天線的優(yōu)點(diǎn)，毫米波網(wǎng)格陣列天線無疑具有很大的研究?jī)r(jià)值。

目前毫米波網(wǎng)格陣列天線仍處于研究階段。中心頻率在60GHz頻率附近的毫米波天線，可與高集成度的無線電收發(fā)裝置互連，有望應(yīng)用于超高速短距離無線通信，例如：無線個(gè)人局域網(wǎng)、無線高清多媒體接口等。這已經(jīng)引起了許多從事天線和射頻器件公司的極大興趣。

在之前許多網(wǎng)格陣列天線研究中，一般采用通過增加網(wǎng)格數(shù)目提高天線的增益，但是這種提高增益的方法會(huì)導(dǎo)致天線尺寸增大，而且網(wǎng)格數(shù)目增加大一定數(shù)量后，尤其是在毫米波段，由于損耗的成倍增加，天線增益的提高受到限制。

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

1)2011年，Mei Sun，YuePing Zhang和Duixian Liu等人，在“IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION”上發(fā)表的一篇名為“A Ball Grid Array Package With a Microstrip Grid Array Antenna for a Single-Chip 60-GHz Receiver”的文章中，基于LTCC(低溫共燒陶瓷)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款中心頻率為60GHz的微帶網(wǎng)格陣列天線，在57GHz～64GHz頻段內(nèi)，其|S11|≤-10dB，天線的最大增益在60GHz處為14.5dB。

之后對(duì)于該類型的網(wǎng)格陣列天線的研究基本是通過增加網(wǎng)格的數(shù)目或者子網(wǎng)格的組合陣列提高天線的增益，但這種方法增加了天線的尺寸，不利于系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。

2)2012年，Tu Zhihong,Zhang Yue Ping在“Proceedings of APMC 2012”會(huì)議上的發(fā)表的一篇名為“Three Types of Array Antennas for 60-GHz Radios”的文章中，提出將網(wǎng)格短邊設(shè)置為不同長度，這種改進(jìn)方法不僅增加天線的阻抗帶寬，其-10dB阻抗帶寬為13.3％(56.6GHz-64.6GHz)，同時(shí)也提高天線的增益，最高增益達(dá)到15.1dBi，但3dB增益帶寬不到5％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種高增益毫米波網(wǎng)格陣列天線，該天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，減少了介質(zhì)材料的使用，降低了成本，具有在57GHz～64GHz頻段范圍內(nèi)阻抗匹配良好，高天線增益，較寬的3dB增益帶寬和尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足高增益，小型化，易與系統(tǒng)集成等要求。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

一種高增益毫米波網(wǎng)格陣列天線，包括第一介質(zhì)基片、第二介質(zhì)基片和地板，所述第一介質(zhì)基片、第二介質(zhì)基片和地板從頂部到底部依次設(shè)置，所述第一介質(zhì)基片的頂部設(shè)有輻射貼片，且第一介質(zhì)基片和輻射貼片均呈網(wǎng)格狀，所述輻射貼片上設(shè)有饋電點(diǎn)。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一介質(zhì)基片為一層介質(zhì)基片，所述第二介質(zhì)基片為三層介質(zhì)基片，每層介質(zhì)基片的厚度為0.08mm～0.1mm。

作為一種優(yōu)選方案，每層介質(zhì)基片采用Ferro公司的A6M介質(zhì)基片。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一介質(zhì)基片和輻射貼片的網(wǎng)格由十四個(gè)矩形圍成；所述十四個(gè)矩形中的十個(gè)矩形分為五個(gè)矩形組，五個(gè)矩形組從左到右依次排列，每個(gè)矩形組由上下排列的兩個(gè)矩形組成；所述十四個(gè)矩形中的其余四個(gè)矩形，每個(gè)矩形位于相鄰的兩個(gè)矩形組之間。

作為一種優(yōu)選方案，所述十四個(gè)矩形中，每個(gè)矩形的四條邊的寬度均為0.1mm～0.2mm，兩條長邊的長度為3mm～3.2mm；所述五個(gè)矩形組中，對(duì)于左邊的矩形組和右邊的矩形組，每個(gè)矩形的兩條短邊的長度為1.2mm～1.4mm，對(duì)于中間的三個(gè)矩形組，每個(gè)矩形的兩條短邊的長度為1.1mm～1.3mm。

作為一種優(yōu)選方案，所述第二介質(zhì)基片的長度為14mm～16mm，寬度為6mm～10mm。

作為一種優(yōu)選方案，所述輻射貼片上的饋電點(diǎn)與同軸線相連，由同軸線進(jìn)行饋電。

作為一種優(yōu)選方案，所述同軸線的內(nèi)芯直徑為0.1mm～0.14mm，外芯直徑為0.2～0.24mm。

作為一種優(yōu)選方案，所述地板和輻射貼片均采用金屬材料制成。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明將第一介質(zhì)基片和輻射貼片都設(shè)計(jì)成網(wǎng)格狀，而第二介質(zhì)基片則位于第一介質(zhì)基片的下方，因此輻射貼片的周圍是沒有介質(zhì)的，與現(xiàn)有的60GH毫米波網(wǎng)格陣列天線相比，去掉了網(wǎng)格輻射貼片周圍的一層介質(zhì)，隔斷了表面波，降低了表面波帶來的損耗，從而提高天線的增益。

2、本發(fā)明能夠滿足57GHz～64.5GHz頻率帶寬內(nèi)，|S11|≤-10dB，即-10dB阻抗帶寬為12.5％，與現(xiàn)有的60GHz毫米波網(wǎng)格陣列天線相比，在不增加天線尺寸的條件下，具有更高的增益，在57GHz～64GHz工作頻段內(nèi)最大增益可達(dá)15.81dBi，更寬阻抗帶寬與較寬的3dB增益帶寬，3dB增益帶寬為7.17％，同時(shí)在整個(gè)仿真頻段(50GHz～70GHz)范圍內(nèi)，輻射效率均大于90％。

3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，減少了介質(zhì)材料的使用，降低了成本，具有高增益、體積小、輻射效率高、輻射特性好、可與電路集成的特點(diǎn)，克服了現(xiàn)有網(wǎng)格陣列天線通過增加網(wǎng)格數(shù)目犧牲天線尺寸來提高天線增益的缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的毫米波網(wǎng)格陣列天線的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的毫米波網(wǎng)格陣列天線的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的毫米波網(wǎng)格陣列天線的S參數(shù)曲線圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的毫米波網(wǎng)格陣列天線的增益曲線圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的毫米波網(wǎng)格陣列天線的輻射效率曲線圖。

其中，1-第一介質(zhì)基片，2-第二介質(zhì)基片，3-輻射貼片，4-饋電點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1：

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供了一種高增益毫米波網(wǎng)格陣列天線，該天線包括第一介質(zhì)基片1、第二介質(zhì)基片2和地板(圖中未示出)，所述第一介質(zhì)基片1、第二介質(zhì)基片2和地板從頂部到底部依次設(shè)置，所述第一介質(zhì)基片1的頂部設(shè)有輻射貼片3，且第一介質(zhì)基片1和輻射貼片3均呈網(wǎng)格狀，所述輻射貼片3上設(shè)有饋電點(diǎn)4，該饋電點(diǎn)4與同軸線相連，由同軸線進(jìn)行饋電，同軸線的內(nèi)芯直徑為0.12mm，外芯直徑為0.22mm。

所述第一介質(zhì)基片1為一層介質(zhì)基片，所述第二介質(zhì)基片2為三層介質(zhì)基片，，每層介質(zhì)基片采用Ferro公司的A6M介質(zhì)基片，其厚度h為0.095mm，即四層介質(zhì)基片的高度H＝4h＝0.38mm。

所述第一介質(zhì)基片1和輻射貼片3的網(wǎng)格由十四個(gè)矩形圍成，每個(gè)矩形的四條邊的寬度w均為0.16mm，兩條長邊的長度l為3.15mm；所述十四個(gè)矩形中的十個(gè)矩形分為五個(gè)矩形組，五個(gè)矩形組從左到右依次排列，每個(gè)矩形組由上下排列的兩個(gè)矩形組成，對(duì)于左邊的矩形組和右邊的矩形組，每個(gè)矩形的兩條短邊ss的長度為1.33mm，對(duì)于中間的三個(gè)矩形組，每個(gè)矩形的兩條短邊的長度s為1.23mm；所述十四個(gè)矩形中的其余四個(gè)矩形，每個(gè)矩形位于相鄰的兩個(gè)矩形組之間；所述第二介質(zhì)基片2的長度a為15mm，寬度b為8mm。

本實(shí)施例的天線中的第一介質(zhì)基片1和輻射貼片3都設(shè)計(jì)成網(wǎng)格狀，而第二介質(zhì)基片2則位于第一介質(zhì)基片1的下方，因此輻射貼片3的周圍是沒有介質(zhì)的，上述背景技術(shù)中的第二篇文獻(xiàn)是直接將網(wǎng)格狀的輻射貼片3設(shè)置在介質(zhì)基片上，也就是說本實(shí)施例的天線與該技術(shù)相比，去除了網(wǎng)格輻射貼片周圍的一層介質(zhì)，隔斷了表面波，降低了表面波帶來的損耗，從而提高了天線的增益。

本實(shí)施例的天線的各個(gè)尺寸參數(shù)都進(jìn)行了優(yōu)化，其反射系數(shù)如圖3所示，從圖中可以看到，在57GHz～64.5GHz頻率帶寬內(nèi)，|S11|≤-10dB，即-10dB阻抗帶寬為12.5％；天線的增益G如圖4所示，在57GHz～64GHz工作頻段內(nèi)最大增益可達(dá)15.81dBi，較上述背景技術(shù)提到的兩篇文獻(xiàn)的增益分別提高1.31dBi和0.7dBi，3dB增益帶寬為7.17％；天線的輻射效率如圖5所示，在整個(gè)仿真頻段(50GHz～70GHz)內(nèi)其輻射效率均大于90％。

上述實(shí)施例中，所述地板和輻射貼片3均采用金屬材料制成，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。

綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，減少了介質(zhì)材料的使用，降低了成本，具有高增益、體積小、輻射效率高、輻射特性好的特點(diǎn)，克服了現(xiàn)有網(wǎng)格陣列天線通過增加網(wǎng)格數(shù)目犧牲天線尺寸來提高天線增益的缺點(diǎn)。

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