CN105552551A - 一种天线罩及天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线罩及天线装置，包括微透镜阵列和天线罩基板，所述微透镜阵列由多个微透镜阵元组合而成，微透镜阵列安装在天线罩基板表面，所述微透镜阵元垂直于一天线的一磁场方向。天线罩采用微透镜阵列，给每个天线阵元配置一个独立的微透镜阵元，微透镜阵元和天线阵元一一对应排列，通过设计相应透镜焦距达到整体聚焦的效果，具有方向性好、增益大、效率高、旁瓣和后瓣小等优点。

Description

一种天线罩及天线装置

【技术领域】

本发明涉及电磁技术领域，尤其涉及一种天线罩及天线装置。

【背景技术】

天线罩能为天线提供防护作用，隔绝水汽、灰尘以及其他可能的损坏，同时为电磁波提供符合要求的透射性能，损耗、反射等参数控制在规定指标内，才能使得天线拥有较好的方向性。一般场景都是使用普通平面天线罩，对天线有诸多限制和要求，并无法，满足天线阵的使用场景要求，并且增加平面天线罩后对方向图影响及增益损失的问题不容忽视；整个天线阵列共用一个透镜天线，无法保证每个天线阵元处在透镜的“焦点”上，这样就造成了天线阵元辐射没有指定的方向性，电磁不能朝某一方向集中聚焦，无法提升电磁方向增益。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是：天线阵元辐射没有指定的方向性，电磁不能朝某一方向集中聚焦，无法提升电磁方向增益。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种天线罩，包括微透镜阵列和天线罩基板，所述微透镜阵列由多个微透镜阵元组合而成，微透镜阵列安装在天线罩基板表面，所述微透镜阵元垂直于一天线的一磁场方向。

其中，所述天线包括：天线基板和天线阵列，所述天线阵列由多个天线阵元组合而成，所述天线阵列安装在天线基板表面。

其中，所述天线阵元用于产生电磁波，所述天线罩覆盖于天线阵元上。

其中，所述天线罩与天线相距保持一特定间距。

其中，所述微透镜阵元和天线阵元一一对应排列。

其中，所述天线罩基板的材料为聚醚酰亚胺或聚四氟乙烯。

其中，所述天线罩基板的厚度为0.5-2毫米。

其中，所述天线罩基板为一体式或拼接式的结构。

一种天线装置，包括天线和天线罩。

本发明的有益效果在于天线罩采用微透镜阵列，给每个天线阵元配置一个独立的微透镜阵元，微透镜阵元和天线阵元内的天线阵元一一对应排列，通过设计相应透镜焦距达到整体聚焦的效果，具有方向性好、增益大、效率高、旁瓣和后瓣小等优点。

【附图说明】

图1是本发明实施例一种天线罩的立体结构示意图；

图2是本发明实施例一种天线罩的垂直方向上截面结构示意图；

图3是本发明实施例一种天线罩中微透镜阵元的结构示意图；

图4是本发明实施例一种天线罩中微透镜阵元聚焦电磁波的原理示意图；

图5是本发明实施例一种天线装置的结构示意图；

附图标记：11、微透镜阵列；111、微透镜阵元；12、天线罩基板；13、天线；131、天线阵列；1311、天线阵元；132、天线基板；14、无线电波

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-5所示，一种天线罩，包括微透镜阵列11和天线罩基板12，微透镜阵列11由多个微透镜阵元111组合而成，微透镜阵列111安装在天线罩基板12表面，微透镜阵元111垂直于一天线(图未示)的一磁场方向。透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件，而在毫米波频段的电磁波，运用准光学技术计算设计，能让毫米波电磁波通过透镜后形成聚集波束的效果，点源或线源发出的球面波或柱面波经过透镜可以变换成平面波。微透镜相对透镜还具有体积小、重量轻、便于集成化、阵列化的优点，能够消除旁瓣，还可以针对区域内的阵元进行数学加权，以达到某些方向、角度的需求。对于面积较大而且天线阵元数量较多的天线阵，想要使用一个相当大小的透镜来达到比较好的整体效果来说难度较大，而且天线阵元纸件的旁瓣相互干扰，单个透镜无法适应各个天线阵元的位置，不可能让各个天线阵元处于最佳的焦点位置。为了解决上述问题，采用微透镜阵列，在传统平板天线的基础之上，给每个天线阵元配置一个独立的微透镜阵元，通过设计相应透镜焦距达到整体聚焦的效果，通过微透镜聚焦，将入射到不同位置上的电磁波施加了一个位相延迟，点源发出的球面波或柱面波经过透镜可以变换成平面波。这个时候辐射就有了指定的方向性。微透镜入射面是一个球面，而球面波的辐射面积是整个球体，通过聚焦能量得以朝某一方向集中，方向增益变大。方向性好了，就减少了无用方向的能量损失，效率得以提高。天线罩基板起一个固定的作用，安装微透镜阵列，天线罩基板应具有透波性能强、磁场损耗小和不改变电磁波方向的特性，微透镜阵元垂直于一天线的一磁场方向，天线的主瓣垂直于微透镜阵元，保证了主瓣辐射方向处于透镜的焦点，旁瓣和后瓣辐射方向不在焦点，不会通过微透镜阵列往指定方向辐射，所辐射的都是我们所希望得到的有用信号。

在本发明实施方式中，天线13包括：天线基板1311和天线阵列131，天线阵列131由多个天线阵元1311组合而成，天线阵列131安装在天线基板132表面。单一天线阵元的方向性是有限的，为适合各种场合的应用，将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线阵元，按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线阵列，构成天线阵的天线辐射单元称为天线阵元。天线阵列的主要作用有：加强和改善辐射场的方向性；加强辐射场的强度。

天线阵元1311用于产生电磁波，天线罩覆盖于天线阵元1311上并留有一段距离。本发明中所指的电磁波为无线电波14，无线电波14中辐射强度最大的瓣称为主瓣，位于主瓣正后方的波瓣称为后瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。天线阵元的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。“增益”指天线最强辐射方向的天线辐射方向图强度与参考天线的强度之比取对数。天线是无源器件，天线增益是无源现象，天线并不增加激励，而是仅仅重新分配而使在某方向上比全向天线辐射更多的能量。天线不能产生能量，天线增益只是将能量有效集中向某特定的方向辐射或接收电磁波能力，天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。

天线罩与天线13相距保持一特定间距。各透镜阵元灵活可变，各透镜阵元的分布区域、焦距灵活调节，天线罩和天线的安装距离可调节已对焦不同的焦距，从而对信号强度进行加权。

微透镜阵元111和天线阵元1311一一对应排列。如图1所示，微透镜阵元和天线阵元一一对应，天线阵元发出的电磁波发出再经微透镜阵元聚焦，球面波或柱面波在微透镜阵元可以变换成平面波，从而得到所求场型分布。根据等光程理论分析电磁波在微透镜阵元中的传输过程，通过添加具有微透镜阵列的天线罩，来提升天线雷达收发增益以及波束的指向性。处于点位置的天线阵元主瓣辐射正对于微透镜阵元，旁瓣被微透镜透射较少，实现了旁瓣的压制，减少了无用方向的电磁波能量损失，效率得以提高，并且，旁瓣和后瓣不会通过微透镜阵列往指定方向辐射，所辐射的都是我们所希望的有用信号。

天线罩基板12的材料为聚醚酰亚胺或聚四氟乙烯。天线罩基板的材料包括(不限于)聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、FR-4有机高分子材料、陶瓷材料，本发明中聚醚酰亚胺具有优良的机械强度、电绝缘性能、耐辐射性、耐高低温及耐疲劳性能和成型加工性；聚四氟乙烯具有耐高低温、耐腐蚀、耐气候、高润滑、电绝缘性等特点；FR-4有机高分子基板为FR-4环氧玻纤布基板，FR-4环氧玻纤布基板是以环氧树脂作粘合剂，以电子级玻璃纤维布作增强材料的一类基板；环氧玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、抗冲击性、耐湿性能比纸基板高；FR-4环氧玻纤布基板的电气性能优良，工作温度较高，本身性能受环境影响小；陶瓷基板机械应力强，形状稳定；高强度、高导热率、高绝缘性、结合力强，防腐蚀。在本发明的实施方式中，聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、FR-4有机高分子材料和陶瓷材料只是天线罩基板的优选材料。天线罩基板能为天线提供防护作用，隔绝水汽、灰尘以及其他可能的损坏，同时为电磁波提供符合要求的透射性能，损耗、反射等参数控制在规定指标内，才能使得天线拥有较好的方向性。

天线罩基板12的厚度为0.5-2毫米。天线罩基板太厚，电磁波在通过天线罩基板时，损耗太大；天线罩基板太薄，不易加工切阻抗带宽很窄。

天线罩基板12为一体式或拼接式的结构。

一种天线装置，包括天线13和上述实施方式中的天线罩。天线装置是一种用来发射或接受无线电波的电子器件，在本发明实施方式中，采用的天线包括多个天线阵元，天线罩包括多个微透镜阵元，天线阵元和微透镜阵元一一对应，在传统平板天线的基础之上，给每个天线阵元配置一个独立的微透镜阵元，天线阵元发出的电磁波发出再经微透镜阵元聚焦，球面波或柱面波在微透镜阵元可以变换成平面波，通过设计相应微透镜焦距达到整体聚焦的效果，这样的设计具有方向性好、增益大、效率高、旁瓣和后瓣小等优点。

值得说明的是，在一些实施方式中，应用于微波热疗，微透镜阵列还可以采用平凸旋转双曲面透镜替代，但是仅为单个较大面积的透镜，并不适用于远距离聚集波束。

本发明一种天线罩，给每个天线阵元配置一个独立的微透镜阵元，微透镜阵元和天线阵元一一对应排列，通过设计相应透镜焦距达到整体聚焦的效果，通过微透镜阵列聚焦，将入射到不同位置上的电磁波施加上了一个位相延迟，点源发出的球面波或者柱面波经过微透镜阵列可以变换成平面波，使得电磁波辐射具有很好的方向性，减少了无用方向的能量损失，效率得以提高；球面波的辐射面积是整个球体，通过聚焦能量得以朝某一方向集中，方向增益变大；各天线阵元的主瓣辐射方向处于相应微透镜阵元的焦点上，旁瓣和后瓣辐射方向不在焦点，不会通过微透镜阵元往指定方向辐射，所辐射的都是我们希望的有用信号。天线罩基板的材料采用FR-4有机高分子基板或陶瓷基板，能为天线提供防护作用，隔绝水汽、灰尘以及其他可能的损坏，同时为电磁波提供符合要求的透射性能，损耗、反射等参数控制在规定指标内，才能使得天线拥有较好的方向性。

需要说明的是，本发明实施例中的附图为了说明书的需要，进行了适当放大或者缩小，有时各个视图并未成比例绘制。这些视图仅为示意目的，因此不构成对本发明的限制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种天线罩，其特征在于，包括微透镜阵列和天线罩基板，所述微透镜阵列由多个微透镜阵元组合而成，微透镜阵列安装在天线罩基板表面，所述微透镜阵元垂直于一天线的一磁场方向。

2.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述天线包括：天线基板和天线阵列，所述天线阵列由多个天线阵元组合而成，所述天线阵列安装在天线基板表面。

3.根据权利要求2所述的天线罩，其特征在于，所述天线阵元用于产生电磁波，所述天线罩覆盖于天线阵元上。

4.根据权利要求3所述的天线罩，其特征在于，所述天线罩与天线相距保持一特定间距。

5.根据权利要求4所述的天线罩，其特征在于，所述微透镜阵元和天线阵元一一对应排列。

6.根据权利要求5所述的天线罩，其特征在于，所述天线罩基板的材料为聚醚酰亚胺或聚四氟乙烯。

7.根据权利要求6所述的天线罩，其特征在于，所述天线罩基板的厚度为0.5-2毫米。

8.根据权利要求7所述的天线罩，其特征在于，所述天线罩基板为一体式或拼接式的结构。

9.一种天线装置，其特征在于，包括天线和权利要求1-8中任一项所述的天线罩。