[發(fā)明專利]5G毫米波無(wú)源正交多波束平面陣列天線

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910014137.5
• 申請(qǐng)日: 2019-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN109755734B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郝張成;陶明翠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/38
• 分類號(hào): H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q3/30;H01Q21/00;H01Q21/06;H01Q21/29
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種5G毫米波無(wú)源正交多波束平面陣列天線，包括設(shè)于上層饋電加輻射介質(zhì)基片上的正交激勵(lì)共口徑縫隙天線陣列和一組基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)基片集成同軸線的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，以及分布在下層饋電介質(zhì)基片、中間層饋電介質(zhì)基片和上層饋電加輻射介質(zhì)基片上的兩組折疊式卡塞格倫反射面波束饋電網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明通過(guò)基片集成波導(dǎo)和基片集成同軸線兩種基片集成技術(shù)對(duì)縫隙天線陣列正交激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)共口徑輻射，且結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明能夠在空間正交的兩個(gè)平面內(nèi)形成不同指向的波束，兩個(gè)平面內(nèi)的波束掃描分別由兩組波束饋電網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立控制，并且饋電端口滿足較好的駐波特性和較好的隔離度，且能夠通過(guò)多層PCB工藝實(shí)現(xiàn)，平面結(jié)構(gòu)，易于集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線技術(shù)，特別是涉及一種5G毫米波無(wú)源正交多波束平面陣列天線。

背景技術(shù)

多波束天線在現(xiàn)代通信和雷達(dá)系統(tǒng)中扮演著重要的角色，是5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。多波束天線是多端口的天線陣列，對(duì)不同的輸入端口饋電形成不同的波束指向，通過(guò)波束組合和調(diào)整，能夠以較高增益覆蓋較大通信范圍實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，增加通信容量。因此多波束天線既具有很高的實(shí)用價(jià)值又能夠降低通信成本。此外，頻譜資源的有限性在一定程度上限制了無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，多波束技術(shù)能夠在有限的頻譜資源內(nèi)提高頻譜利用率，是解決上述問(wèn)題的重要方法之一。

5G是面向2020年以后移動(dòng)通信需求的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。毫米波頻段作為5G系統(tǒng)工作的重要頻段，具有波長(zhǎng)短、頻帶寬、穿透性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，且在電子偵察系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、電磁干擾、精確制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域以及天文探測(cè)、衛(wèi)星定位、蜂窩通信、車載防撞系統(tǒng)等民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

因此對(duì)5G毫米波多波束天線技術(shù)的研究具有重要意義，此外，基片集成技術(shù)在微波毫米波以及太赫茲頻段中應(yīng)用廣泛，且基片集成波導(dǎo)和基片集成同軸線是基片集成技術(shù)中的佼佼者，但現(xiàn)有的多波束平面陣列天線鮮有涉及將具有上述兩種基片集成傳輸線的正交饋電技術(shù)和波束形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)合來(lái)增加波束掃描維度。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種5G毫米波無(wú)源正交多波束平面陣列天線。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的5G毫米波無(wú)源正交多波束平面陣列天線，包括設(shè)于上層饋電加輻射介質(zhì)基片上的正交激勵(lì)共口徑縫隙天線陣列和一組基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)基片集成同軸線的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，以及分布在下層饋電介質(zhì)基片、中間層饋電介質(zhì)基片和上層饋電加輻射介質(zhì)基片上的兩組折疊式卡塞格倫反射面波束饋電網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步，所述正交激勵(lì)共口徑縫隙天線陣列的每個(gè)縫隙單元，由基片集成波導(dǎo)和基片集成同軸線兩路方式正交激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)共口徑輻射。基片集成同軸線的金屬條帶設(shè)于上層饋電加輻射介質(zhì)基片的中間金屬層。兩路激勵(lì)方式對(duì)應(yīng)著兩組折疊式卡塞格倫反射面波束饋電網(wǎng)絡(luò)。

進(jìn)一步，所述折疊式卡塞格倫反射面波束饋電網(wǎng)絡(luò)由基片集成波導(dǎo)輸入端口、雙曲反射柱面、拋物反射柱面、基片集成波導(dǎo)輸出端口和兩段連接壁組成，多層結(jié)構(gòu)，層間耦合通過(guò)長(zhǎng)縫實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步，所述折疊式卡塞格倫反射面波束饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口偏焦對(duì)稱放置，不同的端口在工作時(shí)，會(huì)在網(wǎng)絡(luò)輸出端口(即天線陣列饋電端口)形成具有不同相位差分布的場(chǎng)，激勵(lì)縫隙陣列，從而在空間中產(chǎn)生不同指向的波束，兩組波束饋電網(wǎng)絡(luò)分別控制空間兩個(gè)正交平面內(nèi)的波束掃描。

進(jìn)一步，所述基片集成波導(dǎo)轉(zhuǎn)基片集成同軸線的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，用于銜接折疊式卡塞格倫反射面波束饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端口和共口徑縫隙天線陣列基片集成同軸線一路激勵(lì)的輸入端口。所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)包括設(shè)于上層饋電加輻射介質(zhì)基片的上層介質(zhì)層中的一排金屬盲孔，以及設(shè)于上層饋電加輻射介質(zhì)基片的中間金屬層上的縫隙結(jié)構(gòu)。

有益效果：本發(fā)明公開了一種5G毫米波無(wú)源正交多波束平面陣列天線，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的有益效果：

1)整個(gè)天線由多層介質(zhì)基片和金屬化通孔、盲孔構(gòu)成，可用傳統(tǒng)的PCB工藝實(shí)現(xiàn)，平面結(jié)構(gòu)易于集成。