CN107275803B - 一种毫米波透镜反射式智能天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波透镜反射式智能天线装置，包括天线阵列，天线阵列由若干紧密排列的天线单元组成，天线单元为高增益高方向性天线；天线阵列上方设置有微波透镜，微波透镜上方设置有反射面；天线阵列模块下方设置通道加权模块，通道加权模块包括若干个与天线单元连接的天线加权模块，天线加权模块与天线信号收发模块连接；其中天线阵列发射出不同方向的阵列合成波束，阵列合成波束通过微波透镜后形成折射波束，折射波束经过反射面后形成反射波束。解决了毫米波天线的高方向性，无法达到波束合成形成有效的波束，装置丧失阵列增益，并且无法产生全向覆盖的方向图的问题。

Description

一种毫米波透镜反射式智能天线装置
技术领域
本发明属于通信技术领域；设计一种毫米波透镜反射式智能天线装置。
背景技术
智能天线又称作自适应天线阵列，主要应用于雷达、声纳等军事领域，用来完成空间滤波或定位等功能，提高系统性能及电子对抗能力。智能天线系统包括若干天线单元及其收发通道，以及对收发通道信号的幅度相位加权处理单元。其原理是通过空域处理来产生方向性波束。在接收端使用户信号到达方向DOA(Direction of Arrival)落在天线主波束里，而使干扰信号到达方向落在天线旁瓣或零陷上，这样干扰信号会被抑制从而提高接收信号的信干比。在发射端通过多天线定向功率合成，实现更大的信号覆盖范围，降低信号发射功率需求，利于射频通道成本控制和设备体积的小型化。对于移动通信系统，智能天线可以使得系统提高容量，扩大覆盖，增强抗干扰能力。移动通信系统从第三代开始引入智能天线技术，并持续不断发展，使其更适合工程应用。
毫米波，即波长在毫米数量级的电磁波，是下一代通信系统的另一个主要发展方向。毫米波为系统提供大容量带宽，支持更高的传输速率。同时，随着波长的减小，毫米波器件的尺寸也同步缩小，更有利于设备的小型化。
然而，基于毫米波波段的智能天线系统却存在诸多困难：智能天线系统难以实现全向覆盖。智能天线系统通过波束赋型，可以使得信号具有较强的方向性，而在一些应用场景中需要全向覆盖。例如：广播公共信息，这时智能天线系统由于存在相干信号的叠加和抵消，往往难以形成全向覆盖波束。
毫米波天线的高方向性与智能天线系统要求天线单元低方向性的矛盾也使得智能天线系统在毫米波波段应用困难。毫米波天线往往增益高，方向性很强。而智能天线系统要求天线单元具有较低的方向性，过高的方向性使得智能天线系统难以达到多通道信号相干叠加的效果，赋型增益减弱，退化为波束切换系统。因此，将高方向性毫米波天线直接应用于现有智能天线系统难以达到传统智能天线的波束赋型效果。
发明内容
本发明提供了一种毫米波透镜反射式智能天线装置，解决了毫米波天线的高方向性，无法达到波束合成形成有效的波束，装置丧失阵列增益，并且无法产生全向覆盖的方向图的问题。
本发明的技术方案是：一种毫米波透镜反射式智能天线装置，包括天线阵列，天线阵列由若干紧密排列的天线单元组成，天线单元为高增益高方向性天线；天线阵列上方设置有微波透镜，微波透镜上方设置有反射面；天线阵列模块下方设置通道加权模块，通道加权模块包括若干个与天线单元连接的天线加权模块，天线加权模块与天线信号收发模块连接；其中天线阵列发射出不同方向的阵列合成波束，阵列合成波束通过微波透镜后形成折射波束，折射波束经过反射面后形成反射波束。
更进一步的，本发明的特点还在于：
其中天线单元为微带天线或喇叭口天线。
其中反射面为金属介质的圆形双曲反射面。
其中反射波束包括全向波束和定向波束；其中反射面中心部位反射图样为全向波束，偏离中心部分的反射图样为定向波束。
其中天线阵列与微波透镜之间的距离为10-200cm。
其中微波透镜与反射面之间的距离为10-50cm。
其中微波透镜为毫米波透镜，且微波透镜的表面设置有一层增透膜。
其中微波透镜为双曲面透镜或新月形透镜。
其中天线阵列为矩形网格阵列、圆形阵列、矩形三角网格阵列、六边形阵列、稀疏阵列或同心圆阵列。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：天线的发射信号经过天线加权模块对每路信号的幅度和相位加权之后，由各个天线单元发射，经过加权之后，天线阵列形成合成波束，合成波束经过微波透镜折射之后，改变了阵列合成波束的方向，并且由发散波束变为了平行波束，即折射波束；折射波束经过发射面形成反射波束，反射波束指向特定方位或产生全向波束和定向波束。该装置能够产生全向覆盖波束，并且为天线单元提供智能天线波束形成，产生任意方位角指向的波束。
更进一步的，天线单元优选为微带天线或喇叭口天线等具有高增益高方向性的天线单元。
更进一步的，反射面为金属材质的圆形双曲反射面，该部件能够实现同时反射图样为全向波束和定向波束。
更进一步的，微波透镜与天线阵列之间的距离取决于毫米波信号的波长，以6G-60GHz微波信号为例，该距离范围为10-200cm。
更进一步的，微波透镜与反射面之间的距离取决于微波透镜的焦距，通常为0.9-1.1倍的透镜焦距，该距离范围为10-50cm。
更进一步的，微波透镜采用毫米波透镜，选择为双曲面透镜或新月形透镜，微波透镜表面设置一层增透膜，进一步减小透镜插入损耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中反射面的结构示意图；
图3为本发明中天线阵列采用矩形网格阵列的结构示意图；
图4为本发明中天线阵列采用圆形阵列的结构示意图；
图5为本发明中天线阵列采用矩形三角网格阵列的结构示意图；
图6为本发明中天线阵列采用六边形阵列的结构示意图；
图7为本发明中天线阵列采用稀疏阵列的结构示意图；
图8为本发明中天线阵列采用同心圆阵列的结构示意图。
图：1为天线单元；2为微波透镜；3为反射面；4为天线加权模块；5为天线信号收发模块；6为反射波束；7为折射波束；8为阵列合成波束；9为全向波束；10为定向波束。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。
本发明提供了一种毫米波透镜反射式智能天线装置，如图1所示，包括天线阵列，天线阵列包括若干个天线单元1，天线单元1为具有高增益高方向性的天线，优选为微带天线或者喇叭口天线；天线单元1形成的阵列如图3-8所示，分别为矩形网格阵列、圆形阵列、矩形三角网格阵列、六边形阵列、稀疏阵列和同心圆阵列；天线阵列的下方设置有通道加权模块，通道加权模块包括若干个与天线单元1连接的天线加权模块4，天线加权模块4与天线信号收发模块5连接；其中天线阵列1的上方设置有微波透镜2，微波透镜2的材质为折射率大于1的微波透明介质，优选用聚四氟乙烯材质，且微波透镜2为毫米波透镜，优选双曲面透镜或新月形透镜，微波透镜2的表面设置有一层增透膜；微波透镜2的上方设置有反射面3，反射面3为金属材质的圆形双曲反射面，如图2所示，反射面3的中心部位反射图样为全向波束9，反射面3偏离中心部位反射图样为定向波束10。
其中天线阵列与微波透镜2之间的距离为10-200cm，微波透镜2与反射面3之间的距离为10-50cm。
本发明的工作原理是：如图1所示，天线装置的发射方向为：发射信号经过天线加权模块4对每路信号的幅度和相位加权后，由各个天线单元1发射，经过加权左右，天线阵列形成不同方向的合成波束；合成波束经过微波透镜的折射，进一步改变波束方向，并且由发散波束变为平行波束；如图2所示，折射后的平行波束射向反射面的特定区域后，根据反射面的特性反射波束指向某特定方位产生全向波束和定向波束。
天线装置的接收方向为：接收信号由某特定方位角向本装置入射，经过反射面后入射至微波透镜2，并且进一步以一定方向入射天线阵列；天线单元1接收入射信号，然后由通道加权模块对每路信号加权后合并。

Claims (4)

1.一种毫米波透镜反射式智能天线装置，其特征在于，包括天线阵列，天线阵列由若干紧密排列的天线单元(1)组成，天线单元(1)为高增益高方向性天线；天线阵列上方设置有微波透镜(2)，微波透镜(2)上方设置有反射面(3)；天线阵列模块下方设置通道加权模块，通道加权模块包括若干个与天线单元(1)连接的天线加权模块(4)，天线加权模块(4)与天线信号收发模块(5)连接；
所述天线阵列发射出不同方向的阵列合成波束(8)，阵列合成波束(8)通过微波透镜(2)后形成折射波束(7)，折射波束(7)经过反射面(3)后形成反射波束(6)；
所述天线单元(1)为微带天线或喇叭口天线；
所述反射面(3)为金属介质的圆形双曲反射面；所述反射波束(6)包括全向波束(9)和定向波束(10)；其中反射面(3)中心部位反射图样为全向波束(9)，偏离中心部分的反射图样为定向波束(10)；
天线装置的发射方向为：发射信号经过天线加权模块(4)对每路信号的幅度和相位加权后，由各个天线单元(1)发射，经过加权左右，天线阵列形成不同方向的合成波束；合成波束经过微波透镜的折射，进一步改变波束方向，并且由发散波束变为平行波束；折射后的平行波束射向反射面的特定区域后，根据反射面的特性反射波束指向某特定方位产生全向波束(9)和定向波束(10)；
微波透镜(2)为双曲面透镜或新月形透镜；
天线阵列为矩形网格阵列、圆形阵列、矩形三角网格阵列、六边形阵列、稀疏阵列或同心圆阵列。
2.根据权利要求1所述的毫米波透镜反射式智能天线装置，其特征在于，所述天线阵列与微波透镜(2)之间的距离为10-200cm。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的毫米波透镜反射式智能天线装置，其特征在于，所述微波透镜(2)与反射面(3)之间的距离为10-50cm。
4.根据权利要求1所述的毫米波透镜反射式智能天线装置，其特征在于，所述微波透镜(2)为毫米波透镜，且微波透镜(2)的表面设置有一层增透膜。
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