本发明属于无线通信领域，特别涉及一种微波毫米波结构复用天线。
背景技术：
1、车联网(vehicle-to-everything，v2x)无线通信技术，作为实现车辆与周边环境中车辆、道路(交通基础设施)、行人、网络等全方位连接与通信的关键技术，已成为第五代(5g)及未来移动通信网络的不可或缺的组成部分。随着自动驾驶、车载信息娱乐等大数据量的应用需求不断出现，微波低频段的频谱资源越发难以支撑日益增长的数据传输速率的需求，在未来车联网技术中引入毫米波频段来获得更大的带宽以支持更高的传输速率，已被认为是一种理想的解决方案。
2、随着毫米波通信模块的引入，车载通信天线的数量将不可避免地增加。如若能将毫米波天线有机地融入到微波低频通信天线设计中，构建出大频率比微波毫米波一体化天线，则无需额外增大结构空间，有望在最大程度减小对原有车载微波低频通信功能影响的情况下，实现车载微波毫米波双模通信系统，符合车载通信系统小型化和集成化的发展趋势。
3、根据有关数据，车到路通信(v2i)对数据传输速率的需求是车到车(v2v)通信的数倍，因此，在v2i通信相关场景中引入毫米波的需求更为迫切。值得一提的是，由于毫米波绕射能力弱的特点，也使得v2i通信场景相较于v2v更加适合使用毫米波通信。由于车顶与路边单元(rsu)之间存在一定的高度差，具有倾斜波束的毫米波天线在该场景中能够得车载毫米波通信系统能够获得足够高的链路增益，相比于传统的边射或端射天线具有显著的优势。有关斜射天线的研究，采用外部加载反射器、引向器、相位梯度表面等结构来实现天线传播方向的调整是当前主流技术方案。然而，车载天线结构空间限制带来的小型化、集成化的需求导致上述斜射天线实现方法面临极大的实施困难，当前亦尚未见车载毫米波斜射天线及其与微波低频天线一体化集成的有关报道。
技术实现思路
1、技术问题：本发明的目的就是为了解决现有技术方案不成熟而提供的一种应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，将垂直极化以及水平极化的毫米波相控阵列无缝集成至微波天线的固有结构中，构成了大频率比多频段天线。在微波、毫米波频段都可以实现宽频段工作的特性，并且两种极化的毫米波相控阵列都在无需额外增加寄生结构的基础上，分别利用两种新型的波束调控方式实现频带内稳定的45°斜向辐射的波束性能。
2、技术方案：为了达成上述目的，本发明提供了一种应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，该天线包含两个单层印刷电路板即第一印刷电路板、第二印刷电路板以及一个金属平板；其中，第一印刷电路板上设有微波半模维瓦尔第天线，在微波半模维瓦尔第天线的边沿设有指数渐变槽线结构以及毫米波垂直极化斜射相控阵列；第二印刷电路板上设有毫米波水平极化斜射相控阵列和馈电结构，第二印刷电路板附着在第一印刷电路板一侧，两者通过金属螺丝固定，形成一个整体的平面结构；金属平板被垂直焊接到两个单层印刷电路板上，用来充当微波半模维瓦尔第天线的理想电壁。
3、所述微波半模维瓦尔第天线上的指数渐变槽线结构设置在第一印刷电路板的两侧表面，沿着指数渐变槽线结构的外周布置一系列金属化孔相控阵列以实现印刷电路板两侧金属的电气连接。
4、所述金属平板板沿着指数渐变槽线的一侧中心垂直焊接到印刷电路板上，并在板上切割出一条缝隙以避免与馈电结构的短路。
5、所述微波半模维瓦尔第天线的上部边缘部分设置毫米波垂直极化斜射相控阵列；在所述第二印刷电路板的上部边缘部分设置毫米波水平极化斜射相控阵列；微波半模维瓦尔第天线的馈电结构设置在第二印刷电路板上，包含一个巴伦变换器以及一个端接的微波接头；
6、所述毫米波垂直极化斜射相控阵列，其辐射单元由一个基片集成波导开口天线以及蚀刻在其同一侧宽边金属壁上的两条横向的缝隙即第一横向的缝隙、第二横向的缝隙构成；两条横向缝隙与基片集成波导的开口侧有一定距离。
7、所述基片集成波导开口天线的两侧设有纵向接地金属化通孔阵列，在辐射口径面的另一侧横向接地金属化通孔以防止信号泄露；此外，基片集成波导开口天线在距离闭合侧金属壁即横向接地金属化通孔一定距离设置有同轴-基片集成波导转接结构，该同轴-基片集成波导转接结构由一个金属化通孔构成的探针以及设置在顶层和底层金属上的金属焊盘构成，其中一侧的焊盘被用来焊接至微波同轴接头。
8、所述毫米波水平极化斜射相控阵列，其辐射单元包含表面蚀刻形成位于底层金属结构的电偶极子双臂以及在水平极化斜射辐射单元的顶层蚀刻形成的馈电线；电偶极子双臂延伸至同一金属层的大面积金属构成的地面，地面同时作为电偶极子双臂的反射器工作以形成定向辐射；水平极化斜射辐射单元的顶层金属层上的馈电结构为集成巴伦的微带结构，微带传输线进一步连接至第五表面贴装接头的表面封装结构，为第五表面贴装接头的阻抗匹配与焊接提供便利。
9、所述毫米波水平极化斜射相控阵列，其辐射单元设置在印制有微波半模维瓦尔第天线的馈电线的印刷电路板上；其中，印制有电偶极子双臂的一侧与印制有微波维瓦尔第天线指数渐变槽线结构的印刷电路板相接，成为整板的内层金属，微波维瓦尔第天线指数渐变槽线结构在电偶极子双臂的下方将金属挖空为金属挖空区域以避免短路。
10、所述毫米波水平极化斜射相控阵列包括水平极化第一天线辐射单元、水平极化第二天线辐射单元、水平极化第三天线辐射单元、水平极化第四天线辐射单元，其中，水平极化的辐射单元同样都沿横向以周期6mm进行平移复制，得到四个辐射单元并在一维方向上组成相控阵列；第一微波表面贴装接头、第二微波表面贴装接头、第三微波表面贴装接头、第四微波表面贴装接头被焊接在四个水平极化辐射单元的微带线上；通过在第一至第四辐射单元的接头馈电端口输入等幅度不等相位的馈电，得到垂水平极化相控阵列e面的波束扫描特性。
11、所述毫米波垂直极化斜射相控阵列包括垂直极化第一天线辐射单元、垂直极化第二天线辐射单元、垂直极化第三天线辐射单元、垂直极化第四天线辐射单元，其中，垂直极化的辐射单元同样都沿横向以周期6mm进行平移复制，得到四个辐射单元并在一维方向上组成相控阵列；第一同轴接头、第二同轴接头、第三同轴接头、第四同轴接头被焊接在四个垂直极化辐射单元的同同轴-基片集成波导转接结构上；通过在第一至第四辐射单元的接头馈电端口输入等幅度不等相位的馈电，得到垂直极化相控阵列h面的波束扫描特性。
12、有益效果：通过采用上述方案，本发明提供的微波毫米波结构复用天线，在微波、毫米波频段都可以实现宽频段工作的特性，并且两种极化的毫米波相控阵列都能够在不额外增加寄生结构的基础上，实现宽频带内稳定的45°斜向辐射的波束性能。所提供的天线具有宽频带、稳定的毫米波双极化倾斜波束、高频带间隔离以及易于集成毫米波前端有源电路等显著优势。
1.一种应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：该天线包含两个单层印刷电路板即第一印刷电路板(1)、第二印刷电路板(2)以及一个金属平板(3)；其中，第一印刷电路板(1)上设有微波半模维瓦尔第天线(4)，在微波半模维瓦尔第天线(4)的边沿设有指数渐变槽线结构(8)以及毫米波垂直极化斜射相控阵列(5)；第二印刷电路板(2)上设有毫米波水平极化斜射相控阵列(6)和馈电结构，第二印刷电路板(2)附着在第一印刷电路板(1)一侧，两者通过金属螺丝(7)固定，形成一个整体的平面结构；金属平板(3)被垂直焊接到两个单层印刷电路板上，用来充当微波半模维瓦尔第天线(4)的理想电壁。
2.如权利要求1所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述微波半模维瓦尔第天线(4)上的指数渐变槽线结构(8)设置在第一印刷电路板(1)的两侧表面，沿着指数渐变槽线结构(8)的外周布置一系列金属化孔相控阵列(9)以实现印刷电路板两侧金属的电气连接。
3.如权利要求1所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述金属平板(3)板沿着指数渐变槽线的一侧中心垂直焊接到印刷电路板上，并在板上切割出一条缝隙以避免与馈电结构的短路。
4.如权利要求2所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述微波半模维瓦尔第天线(4)的上部边缘部分设置毫米波垂直极化斜射相控阵列(5)；在所述第二印刷电路板(2)的上部边缘部分设置毫米波水平极化斜射相控阵列(6)；微波半模维瓦尔第天线(4)的馈电结构设置在第二印刷电路板(2)上，包含一个巴伦变换器(10)以及一个端接的微波接头(11)。
5.如权利要求4所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述毫米波垂直极化斜射相控阵列(5)，其辐射单元由一个基片集成波导开口天线(28)以及蚀刻在其同一侧宽边金属壁上的两条横向的缝隙即第一横向的缝隙(29)、第二横向的缝隙(30)构成；两条横向缝隙与基片集成波导的开口侧有一定距离。
6.如权利要求5所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述基片集成波导开口天线(28)的两侧设有纵向接地金属化通孔阵列(31)，在辐射口径面的另一侧横向接地金属化通孔(32)以防止信号泄露；此外，基片集成波导开口天线(28)在距离闭合侧金属壁即横向接地金属化通孔(32)一定距离设置有同轴-基片集成波导转接结构(33)，该同轴-基片集成波导转接结构(33)由一个金属化通孔构成的探针以及设置在顶层和底层金属上的金属焊盘构成，其中一侧的焊盘被用来焊接至微波同轴接头(34)。
7.如权利要求1所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述毫米波水平极化斜射相控阵列(6)，其辐射单元包含表面蚀刻形成位于底层金属结构的电偶极子双臂(35)以及在水平极化斜射辐射单元的顶层蚀刻形成的馈电线(37)；电偶极子双臂(35)延伸至同一金属层的大面积金属构成的地面(36)，地面(36)同时作为电偶极子双臂的反射器工作以形成定向辐射；水平极化斜射辐射单元的顶层金属层上的馈电结构为集成巴伦的微带结构，微带传输线(38)进一步连接至第五表面贴装接头(40)的表面封装结构(39)，为第五表面贴装接头(40)的阻抗匹配与焊接提供便利。
8.如权利要求7所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于所述毫米波水平极化斜射相控阵列(6)，其辐射单元设置在印制有微波半模维瓦尔第天线的馈电线(37)的印刷电路板上；其中，印制有电偶极子双臂(35)的一侧与印制有微波维瓦尔第天线指数渐变槽线结构(8)的印刷电路板相接，成为整板的内层金属，微波维瓦尔第天线指数渐变槽线结构在电偶极子双臂(35)的下方将金属挖空为金属挖空区域(41)以避免短路。
9.如权利要求8所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述毫米波水平极化斜射相控阵列(6)包括水平极化第一天线辐射单元(16)、水平极化第二天线辐射单元(17)、水平极化第三天线辐射单元(18)、水平极化第四天线辐射单元(19)，其中，水平极化的辐射单元同样都沿横向以周期6mm进行平移复制，得到四个辐射单元并在一维方向上组成相控阵列；第一微波表面贴装接头(24)、第二微波表面贴装接头(25)、第三微波表面贴装接头(26)、第四微波表面贴装接头(27)被焊接在四个水平极化辐射单元的微带线上；通过在第一至第四辐射单元的接头馈电端口输入等幅度不等相位的馈电，得到垂水平极化相控阵列e面的波束扫描特性。
10.如权利要求5所述的应用于车载通信的微波毫米波结构复用天线，其特征在于：所述毫米波垂直极化斜射相控阵列(5)包括垂直极化第一天线辐射单元(12)、垂直极化第二天线辐射单元(13)、垂直极化第三天线辐射单元(14)、垂直极化第四天线辐射单元(15)，其中，垂直极化的辐射单元同样都沿横向以周期6mm进行平移复制，得到四个辐射单元并在一维方向上组成相控阵列；第一同轴接头(20)、第二同轴接头(21)、第三同轴接头(22)、第四同轴接头(23)被焊接在四个垂直极化辐射单元的同同轴-基片集成波导转接结构(33)上；通过在第一至第四辐射单元的接头馈电端口输入等幅度不等相位的馈电，得到垂直极化相控阵列h面的波束扫描特性。
