面向5G及先进通信的低剖面三频毫米波介质贴片天线设计

《Sensors》：A Compact High-Efficiency Tri-Band CPW-Fed Millimeter-Wave Dielectric Patch Antenna for Wireless Systems

　　

摘要

本文提出了一种低剖面三频毫米波（mmWave）介质贴片（DP）天线（DPA），用于第五代（5G）及更先进的无线通信系统。通过激发谐振 TM11、TM31 和 TM51 模式，分别在约 22 GHz、30 GHz 和 36 GHz 处实现多频工作。值得注意的是，这些工作频段经过精心设计，与关键的毫米波通信标准相契合：22 GHz 频段针对固定短距离微波回传链路；30 GHz 频段服务于 5G 新空口（NR）n257/n258 频谱分配；36 GHz 频段则满足早期 5G NR n260 频谱需求，同时兼顾新兴的雷达和感知应用。三个模式通过共面波导（CPW）馈电结构进行激发。原型天线已完成制造并进行了实验表征，其实测反射系数、实现增益和辐射方向图与全波仿真结果进行了对比。所提出的 DPA 天线整体剖面为 ，同时提供 （– GHz）、（30– GHz）和 （– GHz）的阻抗带宽，三个频段的仿真辐射效率分别为 、 和 。此外，在 22 GHz、30 GHz 和 36 GHz 处，其实测峰值实现增益分别为 、 和 dBi。所提出的天线将三频覆盖、低剖面和较高的仿真效率集于一体，在一个紧凑的辐射单元中实现，使其成为现代紧凑型多频毫米波无线系统基础设施极具吸引力的候选方案。