宽带双极化端射开槽喇叭天线，配备紧密耦合的双极子和单极子探针阵列

《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》：Wideband Dual-Polarized Endfire Slotted Horn Antenna With Tightly Coupled Dipole and Monopole Probe Arrays

宽频带双极化端射阵列天线设计用于5G毫米波通信，通过紧密耦合偶极子阵列（TCDA）实现水平极化，结合开槽金属喇叭的紧密耦合单极子探针阵列（TCMPA）实现垂直极化，工作频段23.8-42.3GHz覆盖FR2多个频段，实测与仿真结果一致，具备波束扫描和阻抗匹配优势。

　　

摘要：

在这项工作中，我们提出了一种新型的宽带双极化端射阵列天线，适用于5G毫米波（mmWave）应用。该天线设计结合了用于水平极化的紧密耦合偶极子阵列（TCDA）和用于垂直极化的紧密耦合单极子探针阵列（TCMPA），以及一个带槽金属喇叭，以实现宽带操作。带槽金属喇叭增强了TCMPA的辐射和阻抗匹配，使得两种极化可以在同一孔径下同时工作。TCMPA和TCDA都在23.8–42.3 GHz频段内工作，其全向辐射时的增益为<?10 dB， fractional bandwidth为56%，覆盖了3GPP规定的频率范围n258（24.25–27.5 GHz）、n257（26.5–29.5 GHz）、n261（27.5–28.35 GHz）和n260（37–40 GHz）。这种宽带操作是通过引入选极化反射器来实现的，这些反射器优化了TCMPA和TCDA的性能。在相同相位激励下，垂直和水平极化的模拟阵列增益分别为4–8 dBi和4.4–8.2 dBi；当从阵列轴线扫描到45°时，这些增益分别降至4.6–7.2 dBi和4.6–5.6 dBi。实验结果（包括匹配带宽、实际实现的阵列增益和辐射模式）与模拟结果进行了比较，两者非常吻合。最后，我们强调了我们提出的阵列在FR 2频段内的相对优势，与在宽带范围内工作的双极化端射线性阵列天线相比。

引言

无线通信技术的快速发展催生了第五代（5G）蜂窝网络，其目标是满足对更高数据速率、更低延迟和更大网络容量的需求。实现这些目标的关键是采用毫米波（mmWave）频段，因为该频段提供了丰富的频谱资源，适用于高速数据传输[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。特别是频率范围2（FR 2），即24.25至52.6 GHz，被指定用于5G毫米波移动设备[6]。为了克服毫米波信号固有的高路径损耗，广泛使用了波束成形技术来提高增益和覆盖范围[7]。在各种天线配置中，端射线性阵列因其能够在三维空间域内引导宽扇形波束而受到关注，尤其是在移动终端被金属外壳覆盖或手持时，因为面向前的平面阵列难以提供足够的覆盖范围[8]。