[發明專利]一種寬帶圓極化毫米波多饋源多波束透鏡天線

有效

• 申請號: 201910063601.X
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109742556B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 蔣之浩;張彥;洪偉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q19/06
• 分類號: H01Q19/06;H01Q21/08;H01Q25/00;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q15/02;H01Q15/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種寬帶圓極化毫米波多饋源多波束透鏡天線，所述天線包括一個多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列(1)和一個平面透鏡(2)；多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列(1)的平面與平面透鏡(2)的平面平行設置，多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列(1)的信號通過平面透鏡(2)輸出或接收。所述平面透鏡(2)相移分布有多個焦點，由完全相同的各向異性單元結構(5)按周期排列組成。所述各向異性單元結構(5)由上層金屬貼片(5a)、中層金屬貼片(5b)和下層金屬貼片(5c)構成。該種天線可實現多饋源多波束特性，在無線通信和衛星通信方面有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于無線通信系統電子器件領域，具體涉及一種寬帶圓極化毫米波多饋源多波束透鏡天線，其具有多個輸入端口，當每個輸入端口被激勵時，可產生一個獨立的指向不同方向的圓極化高增益波束，因此，此天線可以在一個接近20％帶寬的頻帶內實現圓極化多波束以覆蓋一定區域，可被應用于第五代移動通信、衛星通信、毫米波點對多點通信等領域。

背景技術

多波束天線是一種可產生多個獨立波束的電磁波輻射裝置，其在多種無線通信系統中有著廣泛應用。其中，無源多波束天線成本低且輕便，是一種低價的多波束解決方案。無源多波束天線可以通過波束成形電路網絡、反射面、以及透鏡等技術實現，其含有多個相互獨立的輸入端口，當每個端口被激勵時，產生一個指向某個預先設計好的方向的高增益波束。此類多波束天線的多個端口分別對應多個輻射波束，從而實現對一定角度區域的覆蓋。基于波束成形電路網絡的無源多波束天線多利用Butler矩陣、Blass矩陣、或Nolen矩陣，帶寬較窄，較難拓展至二維波束覆蓋。且當所需形成的波束數量較多時，電路的體積和復雜度會急劇增加，并帶來顯著的損耗。基于反射面的無源多波束天線需要避免饋源天線組對反射面產生的出射波束的阻擋，增加了設計的復雜度，并且會影響天線的總體性能。此外，反射面天線對表面粗糙度所引起的相位誤差尤為敏感。因此，基于透鏡、尤其是基于平面透鏡的無源多波束天線成為了一個能提供寬帶二維多波束覆蓋的解決方案。傳統的基于透鏡的多波束天線雖然性能較好，但是透鏡體積大、重量重，而基于平面印刷結構的平面透鏡多波束天線基本上只能工作于一個單線極化，且帶寬窄、波束增益波動大，仍不能滿足很多應用的需求。

本發明提出了一種寬帶圓極化毫米波多饋源多波束透鏡天線。該結構由一組寬帶圓極化平面饋源天線和一個平面透鏡組成，此平面透鏡由完全相同的亞波長單元按周期排布而成。此多饋源多波束透鏡天線可在18％的頻帶內產生穩定的圓極化多波束，每個端口分別對應一個波束，-3dB覆蓋范圍為±33度，且波束增益波動小于1.5dB。相比于已有的多饋源多波束透鏡天線，本發明具有圓極化、工作帶寬寬、掃描范圍寬、波束增益波動小等優點，在未來第五代移動通信、衛星通信等領域有著重要的前景。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種寬帶圓極化毫米波多饋源多波束透鏡天線，具有寬帶、圓極化、增益波動小等特性，可以高效地實現寬帶圓極化多波束覆蓋。

技術方案：本發明的一種寬帶圓極化毫米波多饋源多波束透鏡天線，所述天線包括一個多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列和一個平面透鏡；多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列的平面與平面透鏡的平面平行設置，多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列的信號通過平面透鏡輸出或接收。

所述多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列由多個寬帶圓極化平面饋源天線單元構成；寬帶圓極化平面饋源天線單元位于多端口寬帶圓極化平面饋源天線陣列的平面上。

每個寬帶圓極化平面饋源天線單元被一個金屬隔離通孔陣列包圍。

每個寬帶圓極化平面饋源天線單元包含一個位于頂層的各向異性阻抗表面天線覆層、一個位于中層的平面切角貼片天線和一個位于底層的基片集成波導。

平面切角貼片天線與基片集成波導由一個金屬饋電柱相連，或由一個饋電縫隙相連。

基片集成波導通過一個共面波導結構與外接設備或電路相連。