[發(fā)明專利]小型化多波束可重構(gòu)天線及平面相控陣列天線

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• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114156661A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董元旦;陳濤;王嶄;黃春華;程華灼;馮燕坡;田忠;劉夢雅
• 申請（專利權(quán)）人: 微網(wǎng)優(yōu)聯(lián)科技（成都）有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/48;H01Q13/10;H01Q1/50
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 代維凡

本發(fā)明公開了一種小型化多波束可重構(gòu)天線及平面相控陣列天線，該小型化多波束平面相控陣列天線包括由多個小型化多波束可重構(gòu)天線作為陣元構(gòu)成的相控陣列，該小型化多波束可重構(gòu)天線包括金屬地板，設(shè)置在金屬地板上的環(huán)形等效磁流縫隙結(jié)構(gòu)及設(shè)置在金屬地板和環(huán)形等效磁流縫隙結(jié)構(gòu)上的混合電磁超材料結(jié)構(gòu)體。本發(fā)明具有小型化、寬帶寬、低成本、波束掃描/切換靈活等優(yōu)點，能夠滿足5G多波束基站和MIMO的應(yīng)用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多波束可重構(gòu)天線和相控陣列技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型化多波束可重構(gòu)天線及平面相控陣列天線。

背景技術(shù)

目前以5G和物聯(lián)網(wǎng)為核心的無線通信技術(shù)正在快速推進，高速無線通信正在深刻改變甚至顛覆人們過去的生活生產(chǎn)。其中，依托Sub 6GHz頻段的5G通信技術(shù)，作為5G無線通信的重要組成部分，被廣泛部署到室內(nèi)、城區(qū)、城郊和農(nóng)村等場景。對于基站而言，相比于傳統(tǒng)的全向基站天線和雙極化定向波束基站天線，5G基站天線需要面對更高傳輸速率、更復(fù)雜的信道環(huán)境和傳輸方向動態(tài)可變的來波等挑戰(zhàn)。多波束可重構(gòu)天線，不僅能夠動態(tài)的切換輻射波束的指向，還能夠利用動態(tài)切換的波束實現(xiàn)輻射空間的掃描覆蓋。得益于多波束帶來的分集能力和抗干擾能力，多波束可重構(gòu)天線被引入5G多波束基站和5G MissiveMIMO設(shè)計中。

多波束可重構(gòu)天線，按照可重構(gòu)形式，大致可分為四類：機械多波束掃描天線、相控陣天線、液體可重構(gòu)天線和電可重構(gòu)天線。傳統(tǒng)的機械多波束掃描天線，該類天線主要形式為帶有機電轉(zhuǎn)臺的拋物面反射天線等，主要用于雷達系統(tǒng)中。由于需要機電轉(zhuǎn)臺，因此存在占用空間體積大和波束切換響應(yīng)慢等問題。傳統(tǒng)的相控陣天線，為了實現(xiàn)波束掃描和波束賦形，需要加裝昂貴的T/R組件，因此存在造價高昂和射頻前端復(fù)雜等問題。傳統(tǒng)的液體可重構(gòu)天線，采用的是可重塑的液態(tài)金屬來改變輻射體的結(jié)構(gòu)，需要加裝額外的液壓控制系統(tǒng)，因此會造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜和動態(tài)響應(yīng)慢的問題。傳統(tǒng)的電可重構(gòu)天線，通過在天線輻射結(jié)構(gòu)上加裝各種電子開關(guān)元件(PIN二極管、變?nèi)莨堋㈤_關(guān)芯片和MEMS開關(guān)器件等)，改變天線表面輻射體的電流分布，進而實現(xiàn)方向圖的可重構(gòu)，因此存在波束掃描能力受限和工作帶寬受限等缺點。通過對上訴現(xiàn)有技術(shù)的綜述分析，目前的多波束可重構(gòu)天線，均難以同時實現(xiàn)小型化、低成本、寬帶寬和靈活的多波束掃描能力，因此現(xiàn)有的多波束可重構(gòu)天線和多波束掃描陣列均難以滿足Sub 6GHz 5G基站的通信需求。為了滿足5G多波束基站/MassiveMIMO對多波束天線/陣列的性能需求，寬帶多波束可重構(gòu)天線/掃描陣列亟待被研究和設(shè)計出來。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有5G基站天線難以在小型化和低成本的同時，兼顧寬頻帶和靈活的平面多波束掃描能力等問題，本發(fā)明提供了一種小型化多波束可重構(gòu)天線及平面相控陣列天線。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

第一方面，本發(fā)明提出了一種小型化多波束可重構(gòu)天線，包括：

金屬地板；

設(shè)置在所述金屬地板上以引入水平極化磁偶極子模式并進行方向選擇的環(huán)形等效磁流縫隙結(jié)構(gòu)；及

設(shè)置在所述金屬地板和環(huán)形等效磁流縫隙結(jié)構(gòu)上的混合電磁超材料結(jié)構(gòu)體。

進一步地，所述混合電磁超材料結(jié)構(gòu)體包括：

設(shè)置在所述金屬地板和環(huán)形等效磁流縫隙結(jié)構(gòu)上的柱形介質(zhì)諧振器；及

設(shè)置在所述柱形介質(zhì)諧振器上表面的超材料結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述超材料結(jié)構(gòu)為由多個貼片超材料表面結(jié)構(gòu)板構(gòu)成的圓形蘑菇型超材料結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述混合電磁超材料結(jié)構(gòu)體中心設(shè)置有貫穿加載的饋電金屬探針(5)，所述饋電金屬探針(5)的末端與所述環(huán)形等效磁流縫隙結(jié)構(gòu)連接。

進一步地，所述環(huán)形等效磁流縫隙結(jié)構(gòu)包括：

開設(shè)在所述金屬地板(9)上的環(huán)形耦合饋電縫隙槽(6)；及