CN107819200B - 一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线，包括三个子折合式反射阵多波束天线，分别为位于左边的左射折合式反射阵天线、位于中间的正射折合式反射阵天线和位于右边的右射折合式反射阵天线。本发明实现空间分集、频率复用等功能；高增益波束覆盖角度范围大，克服了大覆盖角度天线增益低、高增益天线覆盖角度小的传统天线缺点；具有刨面低、增益高、集成度高、制作简易、成本低廉的特点；可以减少射频通道数的情况下空间扫描，在对应空间角度不需要工作时可以灵活关闭相应的射频通道，从而实现节能目的；使用了益于集成微波电路以及各种微波转接装置的基片集成波导馈电，方便在各种通信设备上使用。

Description

一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线
技术领域
本发明涉及天线领域，特别是涉及一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线。
背景技术
随着无线通信中数据量爆炸式的增长，为了提高数据传输带宽，需要使用毫米波通信技术。而为了使得系统信号干扰噪声比提高，减轻多普勒效应，提高数据安全性，需要使用高增益的毫米波天线。而为了搜寻链路，具有一定空间覆盖范围的高增益多波束天线成为大规模多输入多输出(MIMO)技术的核心部分。这种多波束天线可以使得多个波束同时存在并且独立工作，可以提高频率复用和系统容量。常见的多波束天线的设计方法主要有三种，一种是通过无源方式实现多个波束，如使用巴特勒矩阵或者诺顿矩阵对阵列天线进行馈电，这种设计方法的缺点是馈电网络复杂庞大，插入损耗大。一种是使用有源电路实现多波束，主要是模拟相控阵和数字多波束阵。这种设计方法的缺点是射频通道数多，造价高。一种是通过透镜偏焦实现多波束。缺点是天线覆盖范围受限于波数个数和波束宽度。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效降低射频通道数和成本，提高天线覆盖范围的宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线，包括三个子折合式反射阵多波束天线，分别为位于左边的左射折合式反射阵天线、位于中间的正射折合式反射阵天线和位于右边的右射折合式反射阵天线。
进一步，所述三个子折合式反射阵多波束天线均包括极化栅和反射阵，极化栅通过在单层印制板上印制固定间隔的金属条带制作而成，反射阵通过包含三层金属层的双层印制板制作而成，三层金属层中，顶层金属层印制馈源的辐射贴片以及反射阵贴片，三个子折合式反射阵多波束天线的反射阵贴片的排列方式不同。
进一步，三层金属层中，中间金属层和底层金属层之间通过金属化过孔组成基片集成波导，对所述馈源的辐射贴片进行馈电。
进一步，还包括基片集成波导转接地共面波导接口。
进一步，所述反射阵与极化栅之间通过尼龙柱进行支撑，使得反射阵与极化栅之间的距离保持为焦距的一半。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1)本发明公开的这种新型天线很好的实现了在空间中同时具有高增益的多个波束指向，实现空间分集、频率复用等功能；
2)本发明公开的这种新型多波束天线的高增益波束覆盖角度范围大，克服了大覆盖角度天线增益低、高增益天线覆盖角度小的传统天线缺点；
3)本发明公开的这种新型折合式反射阵多波束天线相对于传统的多波束天线具有刨面低、增益高、集成度高、制作简易、成本低廉的特点；
4)相对于传统相控阵或者全数字多波束天线，本发明可以减少射频通道数的情况下空间扫描，并且由于不同的射频通道对应的天线主瓣覆盖不同的空间角度，所以在对应空间角度不需要工作时可以灵活关闭相应的射频通道，从而实现节能目的；
5)本发明公开的这种新型天线，使用了益于集成微波电路以及各种微波转接装置的基片集成波导馈电，方便在各种通信设备上使用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中多波束天线的整体结构图；
图2为本发明具体实施方式中左射折合式反射阵天线的前视剖面图；
图3为本发明具体实施方式中左射折合式反射阵天线的左视剖面图；
图4为本发明具体实施方式中左射折合式反射阵天线的极化栅的局部示意图；
图5为本发明具体实施方式中正射折合式反射阵天线的反射阵的俯视图；
图6为本发明具体实施方式中左射折合式反射阵天线的后视图的局部图；
图7为本发明具体实施方式中工作在42GHz频带的多波束天线的反射阵的俯视图；
图8为本发明具体实施方式中工作在42GHz频带的左射折合式反射阵天线的左视剖面图；
图9为本发明具体实施方式中工作在42GHz频带的左射折合式反射阵天线的后视图的局部图；
图10为本发明具体实施方式中工作在42GHz频带的正射折合式反射阵天线的7个端口的反射系数图；
图11为本发明具体实施方式中工作在42GHz频带的正射折合式反射阵天线的多波束方向图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线，如图1所示，包括三个子折合式反射阵多波束天线，分别为位于左边的左射折合式反射阵天线1、位于中间的正射折合式反射阵天线2和位于右边的右射折合式反射阵天线3。
三个子折合式反射阵多波束天线均包括极化栅和反射阵，极化栅通过在单层印制板上印制固定间隔的金属条带制作而成，反射阵通过包含三层金属层的双层印制板制作而成，三层金属层中，顶层金属层印制馈源的辐射贴片以及反射阵贴片，三个子折合式反射阵多波束天线的反射阵贴片的排列方式不同。三层金属层中，中间金属层和底层金属层之间通过金属化过孔组成基片集成波导，对所述馈源的辐射贴片进行馈电。此外，多波束天线还包括基片集成波导转接地共面波导接口。反射阵与极化栅之间通过尼龙柱进行支撑，使得反射阵与极化栅之间的距离保持为焦距的一半。图2-6给出了左射折合式反射阵天线的各方向视图，其中4为极化栅，5为反射阵，6为金属条带，7为馈源的辐射贴片，8为反射阵贴片，9为金属化过孔，10为基片集成波导，12为尼龙柱。三个子折合式反射阵多波束天线的各方向视图相同，故本具体实施方式中仅给出左射折合式反射阵天线的各方向视图。
图7给出了一种工作在42GHz频带的宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线的反射阵俯视图，图8给出了这个天线的左射折合式反射阵天线的左视剖面图，反射阵由双层PCB板制成，两层介质板分别使用0.508mm的Ro5880介质板，中间的粘合层为0.1mm的Ro4450B，极化栅由印制金属条带的0.127mm的Ro5880介质板构成。选取焦距F＝50mm，尼龙柱的长度为F/2＝25mm。图9给出了这个天线的左射折合式反射阵天线的后视图的局部图，基片集成波导(SIW)宽度为0.4mm,辐射贴片宽3.2mm，高1mm，两片相距3.2mm，金属过孔半径为0.22mm。图10为正射折合式反射阵天线七个端口的反射系数测试结果，图11为42GHz工作时测得的多波束方向图。同理，由于三个子折合式反射阵多波束天线的各方向视图相同，故此处仅给出左射折合式反射阵天线的各方向视图。

Claims (3)

1.一种宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线，其特征在于：包括三个子折合式反射阵多波束天线，分别为位于左边的左射折合式反射阵天线(1)、位于中间的正射折合式反射阵天线(2)和位于右边的右射折合式反射阵天线(3)；所述三个子折合式反射阵多波束天线均包括极化栅和反射阵，极化栅通过在单层印制板上印制固定间隔的金属条带制作而成，反射阵通过包含三层金属层的双层印制板制作而成，三层金属层中，顶层金属层印制21个馈源的辐射贴片以及反射阵贴片，每个子折合式反射阵多波束天线均包含7个馈源的辐射贴片和反射阵贴片，三个子折合式反射阵多波束天线的反射阵贴片的排列方式不同；三层金属层中，中间金属层和底层金属层之间通过金属化过孔组成21个基片集成波导，分别对所述对应馈源的辐射贴片进行馈电。
2.根据权利要求1所述的宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线，其特征在于：还包括21个基片集成波导转接地共面波导接口。
3.根据权利要求1所述的宽扫描角度的折合式反射阵多波束天线，其特征在于：所述反射阵与极化栅之间通过尼龙柱进行支撑，使得反射阵与极化栅之间的距离保持为焦距的一半。
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