CN106469854B - 一种微波毫米波双频天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线领域，公开了一种微波毫米波双频天线。该天线包括：多个双频子阵列天线，且多个双频子阵列天线呈环形设置围成正多边形柱体形状，还包括分别位于围成的的正多边形柱体的两个端面上的毫米波馈电网络及微波馈电网络；其中，每个双频子阵列天线包括：金属板，以及层叠在金属板上的第二介质层、毫米波辐射阵列、第一介质层及微波辐射阵列，且微波辐射阵列与微波馈电网络连接，毫米波辐射阵列与毫米波馈电网络连接。通过采用毫米波辐射阵列及微波辐射阵列增强了天线的频段选择，扩大了天线的工作频段。

Description

一种微波毫米波双频天线

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其是涉及一种微波毫米波双频天线。

背景技术

微带天线由于厚度小、易于集成，且成本低，加工制作容易，在微波毫米波领域得到了大量应用。

随着通信技术的不断发展，对双频段微带天线的应用需求不断增大，特别是随着微波毫米波技术在无线通信高速数据回传业务中的应用，需要实现多个数据结点之间的点对点通信，希望天线波束能够在空间实现全向扫描，因此，需要设计毫米波与微波频段的双频全向扫描天线。

现有的一种采用圆周电扫描的全向微带天线，包括上安装盘、反射板、微带天线、支撑柱、天线罩、下安装盘、底封板、电子开关，反射板共8件，通过上安装盘、下安装盘和底封板围成正八面体，微带天线共8件，通过支撑柱安装在反射板围成的正八面体外侧，每块微带天线与对应的反射板间距为λ/4。反射板表面光洁度很高，可以将微带天线向内辐射的能量全部向外反射。天线罩设置在微带天线外侧，电子开关安装在下安装盘上，电子开关通过同轴电缆线与8个微带天线相连接，使8个微带天线中的每相邻两微带天线在3dB相交，形成8个双波束分时按序轮流工作，向外辐射发射能量，并接收目标回波信号能量，实现天线360°圆周扫描。

该技术方案中，8个微带天线中的每相邻两个微带天线在3dB相交，每个微带天线波束宽度达到45度，天线在单个方向上的增益低，不利于远距离通信。同时，每个微带天线不带有扫描功能，微带天线在±22.5度范围内实现3dB覆盖，使天线抗干扰能力弱。另外，该天线工作在单一频段。

现有的另一种毫米波360°全向扫描介质柱透镜天线，包括三个介质柱透镜、三个扫描范围分别为120°的馈源天线阵列和四个金属圆盘；四个金属圆盘间分别同轴安装有一个介质柱透镜，相邻两个金属圆盘边缘中间处分别安装一个所述馈源天线阵列，所述三个馈源天线阵列在水平投影面上两两相差120°，所述每一个馈源天线阵列的相位中心平面与各自的介质柱透镜的焦平面重合。天线在水平方向实现了360°全向扫描；三个介质柱透镜天线之间有金属圆盘形平行板相隔，各个均匀介质柱透镜的扫描不受其它两个透镜的干扰，因此每层柱透镜天线的扫描波束完全一致；可以方便地与印刷集成电路连接。

该技术方案中，采用介质柱透镜作为天线主体，使天线重量大。同时，天线扫描时，每一个扫描波束对应着馈源天线阵列上的一个单元，当需要的扫描波束较多时，馈源天线阵列的单元数多，馈电网络复杂。另外，该天线也仅工作在毫米波频段。

发明内容

本发明提供了一种微波毫米波双频天线，用以扩大天线工作频带。

第一方面，提供了一种微波毫米波双频天线，该天线包括：多个双频子阵列天线，且所述多个双频子阵列天线呈环形设置围成正多边形柱体形状，还包括分别位于所述围成的的正多边形柱体的两个端面上的毫米波馈电网络及微波馈电网络；其中，

每个双频子阵列天线包括：金属板，以及沿远离所述围成的正多边形柱体侧面的方向层叠在所述金属板上的第二介质层、毫米波辐射阵列、第一介质层及微波辐射阵列，且所述微波辐射阵列与所述微波馈电网络连接，所述毫米波辐射阵列与所述毫米波馈电网络连接。

结合上述第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述微波辐射阵列包括：多个微波线性阵列，每个微波线性阵列中的微带馈线上设置有微波移相器，且每个微带馈线的同侧等间距设置有多个微波辐射单元。

结合上述第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述多个微波线性阵列呈阵列方式排列。

结合上述第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述微波线性阵列的个数为4个、8个或16个。

结合上述第一方面的第一种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述微波馈电网络包括多个微波开关以及与每个微波开关对应的微带功分网络，且所述微带功分网络与所述微波辐射阵列一一对应连接。

结合上述第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述微带馈线的馈电口位于所述微波辐射阵列上靠近所述微波馈电网络的一端。

结合上述第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可能的实现方式、第一方面的第三种可能的实现方式、第一方面的第四种可能的实现方式、第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述毫米波辐射阵列包括：多个阵列排列的毫米波线性阵列，且每个毫米波线性阵列连接有毫米波波导微带转换，所述毫米波波导微带转换的输出微带线上设置有毫米波移相器，所述输出微带线的同一侧还设置有多个四贴片毫米波辐射单元；

在所述输出微带线的另一侧具有其他输出微带线时，该输出微带线的另一侧设置有多个两贴片毫米波辐射单元，且每个两贴片毫米波辐射单元位于与其相邻的一个输出微带线上的两个相邻的四贴片毫米波辐射单元之间。

结合上述第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述毫米波馈电网络包括毫米波旋转关节以及与每个毫米波旋转关节连接的毫米波功分网络，且所述毫米波功分网络与所述毫米波辐射阵列一一对应连接。

结合上述第一方面，在第八种可能的实现方式中，所述毫米波波导微带转换位于所述毫米波辐射阵列上靠近所述毫米波馈电网络的一端。

结合上述第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式、第一方面的第二种可能的实现方式、第一方面的第三种可能的实现方式、第一方面的第四种可能的实现方式、第一方面的第五种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，还包括支撑座，所述多个双频子阵列天线环绕设置在所述支撑座的侧面并围成所述正多边形柱体形状，所述毫米波馈电网络及微波馈电网络分别设置在所述支撑座的两个端面。

根据第一方面提供的微波毫米波双频天线，通过采用毫米波辐射阵列及微波辐射阵列增强了天线的频段选择，扩大了天线的工作频段。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的立体图；

图2为本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的双频子阵列天线的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的微波辐射阵列的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的毫米波辐射阵列的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的微波馈电网络的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的毫米波馈电网络的结构示意图。

附图标记：

1-双频子阵列天线 11-微波辐射阵列 111-微波线性阵列

112-微带馈线 113-微波移相器 114-微波辐射单元

12-第一介质层 13-毫米波辐射阵列 131-毫米波线性阵列

132-毫米波波导微带转换 133-输出微带线 134-毫米波移相器

135-四贴片毫米波辐射单元 136-两贴片毫米波辐射单元

14-第二介质层 15-金属板 2-微波馈电网络

21-微波开关 22-微带功分网络 3-毫米波馈电网络

31-毫米波旋转关节 32-毫米波功分网络 4-支撑座

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1、图2及图6所示，图1示出了本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的结构示意图，图2示出了本发明实施例提供的双频子阵列天线的结构示意图；图6为本发明实施例提供的微波毫米波双频天线的毫米波馈电网络的结构示意图。

本发明实施例提供了一种微波毫米波双频天线，该天线包括：多个双频子阵列天线1，且多个双频子阵列天线1成环形设置围成正多边形柱体形状，还包括分别位于围成的正多边形柱体的两个端面上的毫米波馈电网络3及微波馈电网络2；其中，

每个双频子阵列天线1包括：金属板15，以及沿远离围成的正多边形柱体侧面的方向层叠在金属板15上的第二介质层14、毫米波辐射阵列13、第一介质层12及微波辐射阵列11，且微波辐射阵列11与微波馈电网络2连接，毫米波辐射阵列13与毫米波馈电网络3连接。

在上述实施例中，通过采用毫米波辐射阵列13及微波辐射阵列11增强了天线的频段选择，扩大了微波毫米波双频天线的工作频段的选择。

为了方便对本发明实施例提供的天线的结构及工作原理，下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的说明。

如图1所示，为了本发明实施例提供的天线的设置，在本实施例中提供了一个支撑座4，如图1所示，所述多个双频子阵列天线1环绕设置在所述支撑座4的侧面并围成所述正多边形柱体形状，所述毫米波馈电网络3及微波馈电网络2分别设置在所述支撑座4的两个端面。在具体选择时，支撑座4可以选择不同的形状，如：圆形柱、正多边形柱体等。

继续参考图1，本实施例提供的支撑座4为正多边形柱体，该正多变形柱体为直棱柱，且直棱柱的端面为正多边形，且该正多边形的边数可以根据需要而定，如8、16、64个等。为了方便描述，本实施例中的正多边形柱体的端面为正八边形，即该正多边形柱体为正八边形柱体。该天线包括设置在正八边形柱体的每个侧面的双频子阵列天线1、分别设置在两个端面的微波馈电网络2及毫米波馈电网络3，其中，双频子阵列天线1为五层结构，如图2所示，具体为三层金属与两层介质间隔放置，从外到内依次为微波辐射阵列11、第一介质层12、毫米波辐射阵列13、第二介质层14和金属板15，其中，微波辐射阵列11及毫米波辐射阵列13分别设置在双频子阵列天线1的金属层上，在具体制作时，采用印刷电路板的制作方式制作，且在双频子阵列天线1在固定在正八边形柱体的侧面时，微波辐射阵列11向外，金属板15向内。

如图3所示，图3示出了微波辐射阵列11的结构示意图。该微波辐射阵列11包括多个微波线性阵列111，每个微波线性阵列111中的微带馈线112上设置有微波移相器113，且每个微带馈线112的同侧等间距设置有多个微波辐射单元114，且多个微波线性阵列111呈阵列方式排列。具体的，微波辐射阵列11设置在双频子阵列天线1的顶层金属层(最外层金属层)上，微波辐射阵列11为多个垂直方向的串馈线阵(微波线性阵列111)组成，每个线阵的同侧排布有微波辐射单元114，每个线阵的微带馈电口设置于阵列顶部，以图2所示的方向为参考方向，即微带馈线112的馈电口位于正多边形柱体侧面上靠近顶面的一端，在每个线阵的微带馈线112上设置有微波移相器113。

其中，微波线性阵列111的个数为4个、8个或16个，具体数目由微波扫描波束在方位面的波束宽度和微波波束增益确定。继续参考图3，图3示出了微波线性阵列111采用4个的结构，4个微波线性阵列111沿水平方向(以图3所示的方向为参考方向)上排列，在其采用8个或16个时，在采用4个微波线性阵列111的结构上在水平方向继续排列。

如图5所示，图5示出了微波馈电网络2的结构示意图，其中，微波馈电网络2位于正多边形柱体的顶面，且微波馈电网络2包括多个微波开关21以及与每个微波开关21对应的微带功分网络22，且微带功分网络22与微波辐射阵列11一一对应连接。其中，控制微波开关网络的微波开关21可以将微波开关网络与其中一路微带功分网络22连通，而与其余路微带功分网络22断开，实现微波信号在微带功分网络22之间切换，每个微带功分网络22均与对应侧面的微波辐射阵列11的微带馈电口连接。在本实施例中采用8个微波线性阵列111时，微波馈电网络2包括8个微波开关21和8个微带功分网络22，微波馈电网络2设置于正八边形柱体的顶面，每个微带功分网络22分别与位于正八边形柱体每个侧面的微波辐射阵列11相连。

如图4所示，图4示出了本发明实施例提供的毫米波辐射阵列13，该毫米波辐射阵列13包括：多个阵列排列的毫米波线性阵列131，且每个毫米波线性阵列131连接有毫米波波导微带转换132，毫米波波导微带转换132的输出微带线133上设置有毫米波移相器134，输出微带线133的同一侧还设置有多个四贴片毫米波辐射单元135；在输出微带线133的另一侧具有其他输出微带线133时，该输出微带线133的另一侧设置有多个两贴片毫米波辐射单元136，且每个两贴片毫米波辐射单元136位于与其相邻的一个输出微带线133上的两个相邻的四贴片毫米波辐射单元135之间。具体的，毫米波辐射阵列13设置在双频子阵列天线1的中间金属层，该毫米波辐射阵列13为多个垂直方向的毫米波串馈线阵(即毫米波线性阵列131)组成，每个毫米波串馈线阵的馈电微带线左右交错排布有毫米波辐射单元，相邻两个毫米波串馈线阵的毫米波辐射单元交指排列，每个毫米波串馈线阵由波导微带转换馈电口馈电，且设置于阵列底部，即如图4所示，以图4所示的毫米波辐射阵列13的放置方向为参考方向，毫米波波导微带转换132设置在正多边形柱体侧面上靠近底面的一端。此外，在每个线阵的微带馈线112上还设置有毫米波移相器134。

其中，毫米波辐射阵列13所包含的毫米波线性阵列131的数目可以是4、8、16等，具体数目由毫米波扫描波束在方位面的波束宽度和毫米波波束增益确定。如图4所示，图4示出了毫米波线性阵列131采用4个的结构，4个毫米波线性阵列131沿水平方向(以图4所示的方向为参考方向)上排列，在其采用8个或16个时，在采用4个毫米波线性阵列131的结构上在水平方向继续排列。

如图6所示，图6示出了毫米波馈电网络3的结构示意图。该毫米波馈电网络3包括毫米波旋转关节31以及与每个毫米波旋转关节31连接的毫米波功分网络32，且毫米波功分网络31与毫米波辐射阵列13一一对应连接。具体的，毫米波馈电网络3设置在正多边形柱体底部，即毫米波馈电网络3位于正多边形柱体的底面。在具体使用时，转动毫米波旋转关节31可以将毫米波旋转关节31与其中一路毫米波功分网络32连通，而与其余路毫米波功分网络32断开，实现毫米波信号在毫米波功分网络32之间切换，每个毫米波功分网络32与对应侧面的毫米波辐射阵列13的波导微带转换馈电口连接。

通过上述描述可以看出，本实施例提供的微波毫米波双频天线中，微波毫米波双频段上下分层馈电，微波馈电网络2为微波开关21切换网络，位于多面柱体天线顶部，毫米波馈电网络3为毫米波旋转关节31切换网络，位于多面柱体天线底部，采用上述结构时，微波毫米波馈电网络3上下分离便于结构布局，微波开关21切换网络结构简单、技术成熟，毫米波旋转关节31切换网络损耗小；

此外，微波毫米波双频子阵列中的微波毫米波辐射阵列的分层串馈线阵布局，微波辐射阵列11位于顶层，垂直方向为串馈线阵，微波辐射单元114在馈电微带线同侧排布，从顶部由微带馈电网络馈电，毫米波辐射阵列13位于中间层，垂直方向为串馈线阵，毫米波辐射单元在馈电微带线左右交错排布，从底部由毫米波馈电网络3馈电，在采用上述结构时，微波毫米波辐射阵列13分层布局便于微波毫米波频段馈电网络设计，垂直方向串馈线阵可以利用较少的移相器实现水平方向的电扫描，毫米波辐射单元在馈线左右交错排布可以降低俯仰面副瓣电平。

为了方便对上述微波毫米波双频天线的理解，下面结合微波毫米波双频天线的结构对其工作原理进行详细的说明。

一并参考图1、图2、图3及图5，微波辐射阵列11包括4个微波线性阵列111，微波线性阵列111为竖直方向的线阵，每个微波线性阵列111的微带馈线112上均设置有微波移相器113，微带馈线112的同侧等间距设置有8个微波辐射单元114，4个微波线性阵列111在方位面内等间距布置，在方位面内组成阵列,当控制微波辐射阵列11上的4个微波移相器113，使4个微波移相器113的插入相移相同时，可以使微波波束指向微波辐射阵列11的法向，当控制微波辐射阵列11上的4个微波移相器113，使4个微波移相器113的插入相移从左至右依次增大或依次减小时，可以使微波波束指向在微波辐射阵列11的方位面±22.5度范围内扫描。

微波馈电网络2包括8个微波开关21和8个微带功分网络22，微波馈电网络2设置于正八边形柱体的顶面，每个微带功分网络22分别与位于正八边形柱体每个侧面的微波辐射阵列11相连，微波信号馈入微波馈电网络2后，控制8个微波开关21的开与关，使其中1路关闭，其余7路打开，将微波信号送入微波开关21打开一路所连接的微带功分网络22，经微带功分网络22后馈入该微带功分网络22所连接的微波辐射阵列11，实现微波波束在该微波辐射阵列11方向的辐射，配合该微波辐射阵列11上的4个微波移相器113，实现微波波束在正八边形柱体该侧面±22.5度范围内扫描，切换8个微波开关21，即可实现微波波束在8个±22.5度范围的切换，组合实现微波波束在方位面360°的全向扫描。

一并参考图4及图6，毫米波辐射阵列13包括4个毫米波线性阵列131，毫米波线性阵列131为竖直方向的线阵，每个毫米波线性阵列131通过毫米波波导微带转换132馈电，并在毫米波波导微带转换132的输出微带线133上设置有毫米波移相器134，所有位于中间及最左侧的毫米波线性阵列131的微带馈线112左侧等间距设置有8个四贴片毫米波辐射单元135，右侧等间距设置有7个两贴片毫米波辐射单元136，最右侧的毫米波线性阵列131的微带馈线112左侧等间距设置有8个四贴片毫米波辐射单元135，4个毫米波线性阵列131在方位面内等间距布置，在方位面内组成线阵，当控制毫米波辐射阵列13上的4个毫米波移相器134，使4个毫米波移相器134的插入相移相同时，可以使毫米波波束指向毫米波辐射阵列13的法向，当控制毫米波辐射阵列13上的4个毫米波移相器134，使4个毫米波移相器134的插入相移从左至右依次增大或依次减小时，可以使毫米波波束指向在毫米波辐射阵列13的方位面±22.5度范围内扫描。

毫米波馈电网络3包括毫米波旋转关节31和8个毫米波功分网络32，毫米波馈电网络3设置于正八边形柱体的底面，每个毫米波功分网络32分别与位于正八边形柱体每个侧面的毫米波辐射阵列13相连，毫米波信号馈入毫米波旋转关节31后，调节毫米波旋转关节31的转向，使其输出端连接至其中一个毫米波功分网络32，将毫米波信号送入连接的毫米波功分网络32，经毫米波功分网络32后馈入该毫米波功分网络32所连接的毫米波辐射阵列13，实现毫米波波束在该毫米波辐射阵列13方向的辐射，配合该毫米波辐射阵列13上的4个毫米波移相器134，实现毫米波波束在正八边形柱体该侧面±22.5度范围内扫描，转动毫米波旋转关节31，即可实现毫米波波束在8个±22.5度范围的切换，组合实现毫米波波束在方位面360°的全向扫描。

通过上述描述可以看出，通过采用毫米波辐射阵列13及微波辐射阵列11增强了天线的频段选择，扩大了微波毫米波双频天线的工作频段的选择。同时，通过在正多边形柱体的每个侧面设置双频子阵列天线1，增大了天线在单个方向上的增益，以及抗干扰性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种微波毫米波双频天线，其特征在于，包括：多个双频子阵列天线，且所述多个双频子阵列天线呈环形设置围成正多边形柱体形状，还包括分别位于所述围成的正多边形柱体的两个端面上的毫米波馈电网络及微波馈电网络；其中，

每个双频子阵列天线包括：金属板，以及沿远离所述围成的正多边形柱体侧面的方向层叠在所述金属板上的第二介质层、毫米波辐射阵列、第一介质层及微波辐射阵列，从外到内依次为微波辐射阵列、第一介质层、毫米波辐射阵列、第二介质层和金属板；且所述微波辐射阵列与所述微波馈电网络连接，所述毫米波辐射阵列与所述毫米波馈电网络连接。

2.如权利要求1所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述微波辐射阵列包括：多个微波线性阵列，每个微波线性阵列中的微带馈线上设置有微波移相器，且每个微带馈线的同侧等间距设置有多个微波辐射单元。

3.如权利要求2所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述多个微波线性阵列呈阵列方式排列。

4.如权利要求2所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述微波线性阵列的个数为4个、8个或16个。

5.如权利要求2所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述微波馈电网络包括多个微波开关以及与每个微波开关对应的微带功分网络，且所述微带功分网络与所述微波辐射阵列一一对应连接。

6.如权利要求5所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述微带馈线的馈电口位于所述微波辐射阵列上靠近所述微波馈电网络的一端。

7.如权利要求1～6任一项所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述毫米波辐射阵列包括：多个阵列排列的毫米波线性阵列，且每个毫米波线性阵列连接有毫米波波导微带转换，所述毫米波波导微带转换的输出微带线上设置有毫米波移相器，所述输出微带线的同一侧还设置有多个四贴片毫米波辐射单元；

在所述输出微带线的另一侧具有其他输出微带线时，该输出微带线的另一侧设置有多个两贴片毫米波辐射单元，且每个两贴片毫米波辐射单元位于与其相邻的一个输出微带线上的两个相邻的四贴片毫米波辐射单元之间。

8.如权利要求7所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述毫米波馈电网络包括毫米波旋转关节以及与每个毫米波旋转关节连接的毫米波功分网络，且所述毫米波功分网络与所述毫米波辐射阵列一一对应连接。

9.如权利要求8所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，所述毫米波波导微带转换位于所述毫米波辐射阵列上靠近所述毫米波馈电网络的一端。

10.如权利要求1～6任一项所述的微波毫米波双频天线，其特征在于，还包括支撑座，所述多个双频子阵列天线环绕设置在所述支撑座的侧面并围成所述正多边形柱体形状，所述毫米波馈电网络及微波馈电网络分别设置在所述支撑座的两个端面。

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