CN110085979A - 一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列，该天线包括：基片集成波导端口，用于接收信号，并将所述信号馈入到所述馈电网络层；馈电网络单元，用于通过双极化的两层馈电网络层相互堆叠，并通过平面缝隙向上耦合馈电，确定所述信号的相位差，得到待发送信号；将所述待发送信号发送到所述天线单元，其中，不同相位差的信号的发射角度不同；天线单元，用于接收所述馈电网络单元发送的所述待发送信号，并以毫米波的形式向外发送所述待发送信号。本申请的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列，具有宽带、高增益以及多样性斜射角度的特性，实现了毫米波天线阵的斜射特性，并保证了天线的宽带、高增益特性。

Description

一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列

技术领域

本申请涉及无线通信终端的天线技术领域，特别是涉及一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列。

背景技术

天线作为一种变换器，将传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的波，或者进行相反的变换，在无线电设备中用来发射或接收波。天线有着广泛的应用，在无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。随着通信技术的提升，目前在天线技术领域已经取得了广泛的成果，如3G(3rd-Generation，第三代移动通信技术)智能天线、3G定向及全向天线、CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)/GSM(Global System forMobile Communications，全球移动通信系统)宽频天线、GSM双频天线、CDMA天线、PHS(Personal Handy-phone System，个人手持式电话系统)天线、GSM天线、WLAN(WirelessLocal Area Networks，无线局域网)天线、无线接入线、室内分布线、卫星定位天线、直放站天线、微波通信天线等。

随着世界各国陆续发布第五代移动通信毫米波频谱规划，在全球范围内毫米波通信研发和产业化步入快速发展轨道。毫米波(30-300GHz)具有的丰富频谱资源，一方面可有效解决目前6GHz以下低频无线通信中信号频谱资源紧张的问题，另一方面使得超高速率无线通信技术应用成为可能，因此希望能够提供一种毫米波天线阵列。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列，包括：

多个天线阵列单元，所述天线阵列单元包括基片集成波导端口、馈电网络单元及天线单元；

所述天线单元设置在所述馈电网络单元上，所述基片集成波导端口设置在所述馈电网络单元中，所述馈电网络单元包括两层馈电网络层；

所述基片集成波导端口，用于接收信号，并将所述信号馈入到所述馈电网络层；

所述馈电网络单元，用于通过双极化的两层馈电网络层相互堆叠，并通过平面缝隙向上耦合馈电，得到待发送信号，并将所述待发送信号发送到所述天线单元；通过调整缝隙馈电位置的偏移距离，为天线单元提供了路径差，从而在馈电处引入相位差，实现天线的斜射特性，其中，不同相位差的信号的发射角度不同；

所述天线单元，用于接收所述馈电网络单元发送的所述待发送信号，并以毫米波的形式向外发送所述待发送信号。

可选的，本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列，所述馈电网络单元包括：

水平极化金属层、垂直极化金属层、水平极化介质层、垂直极化介质层及底部金属层，其中，所述水平极化金属层与所述水平极化介质层组成一层馈电网络层，所述垂直极化金属层与所述垂直极化介质层组成一层馈电网络层；

所述水平极化介质层设置在所述底部金属层上，所述水平极化金属层设置在所述水平极化介质层上，所述垂直极化介质层设置在所述水平极化金属层上，所述垂直极化金属层设置在所述垂直极化介质层上；

水平极化金属层，包括缝隙单元，所述缝隙单元用于产生所述信号的水平极化波；

垂直极化金属层，包括交叉缝隙单元，所述交叉缝隙单元用于产生所述信号的水平极化波和所述信号的垂直极化波；

水平极化介质层，集成有相位耦合器和水平方向极化的非等分功分器，所述水平方向极化的非等分功分器用于对所述信号进行相位差功率分配；

垂直极化介质层，集成有相位耦合器和垂直方向极化的非等分功分器，所述垂直方向极化的非等分功分器用于对所述信号进行相位差功率分配。

可选的，本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列，所述基片集成波导端口包括第一端口和第二端口；所述第一端口与所述水平极化金属层相连接，所述第二端口与所述底部金属层相连接。

可选的，所述水平极化金属层，用于调整所述缝隙单元的偏移距离；所述垂直极化金属层，用于调整所述交叉缝隙单元的偏移距离；其中，通过控制所述缝隙单元的偏移距离与所述交叉缝隙单元的偏移距离的路径差，控制天线阵列的斜射特性。

可选的，所述水平极化介质层和所述垂直极化介质层相互堆叠，所述水平极化金属层和所述垂直极化金属层的缝隙单元用于向所述天线单元发送所述待发送波信号。

所述垂直极化介质层还包括H型功分器、T型功分器、相位耦合器及金属化孔洞构成的通道。

所述水平极化介质层还包括H型功分器、T型功分器、相位耦合器及金属化孔洞构成的通道。

所述垂直极化金属层与垂直极化介质层中的功分器、相位耦合器相连接；水平极化金属层与水平极化介质层中的功分器、相位耦合器相连接。

可选的，所述天线单元包括：辐射层及介质层；所述辐射层所述辐射层M1包括具有交叉缝隙的辐射天线单元、8×8的四单元天线阵列；所述介质层包括基片集成波导栅栏；所述辐射天线单元被所述基片集成波导栅栏包围。

本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列包括：基片集成波导端口，接收信号，并将所述信号馈入到馈电网络层；馈电网络层，通过双极化的二层馈电网络相互堆叠，并通过平面缝隙耦合馈电，实现所述信号具有相位差的功分，从而实现所述天线阵列的斜射特性，并将所述信号耦合到天线单元；天线单元，将所述信号向外辐射，进行所述信号的传播。这样应用本申请实施例实现了利用斜射天线的斜射覆盖特性，和有效抑制多波束之间信号干扰的优势，从而保证毫米波天线阵宽带、高增益以及多样性斜射角度特性，从而实现毫米波通信的覆盖范围和连接可靠性。当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列侧视图；

图2为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列辐射层俯视图；

图3为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列垂直极化金属层俯视图；

图4为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列水平极化层俯视图；

图5为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列对端口1进行馈电时的辐射方向图；

图6为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列对端口2进行馈电时的辐射方向图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，图1为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列侧视图包括：

多个天线阵列单元，上述天线阵列单元包括基片集成波导端口D1和D2、馈电网络单元及天线单元；

上述天线阵列为任意尺寸的方形阵列的毫米波斜射天线阵，例如，上述的天线阵列可以由天线阵列单元组成2×2、8×8、16×16或者其他任意尺寸的线形阵列的毫米波斜射天线阵。

上述天线单元设置在上述馈电网络单元上，上述基片集成波导端口设置在上述馈电网络单元中，上述馈电网络单元包括两层馈电网络层；

基片集成波导端口设置在上述馈电网络单元中，可以通过集成化的方式与馈电网络单元相连接。

上述基片集成波导端口D1和D2，用于接收信号，并将上述信号馈入到上述馈电网络层；

所接受的信号可以为电信号，也可以为其它形式的信号经过转换后所得到的信号，该转换方式可以采用任意相关的转换技术，此处不再赘述。

上述馈电网络单元，用于通过双极化的两层馈电网络层相互堆叠，并通过平面缝隙向上耦合馈电，得到待发送信号，并将所述待发送信号发送到所述天线单元；通过调整缝隙馈电位置的偏移距离，为天线单元提供了路径差，从而在馈电处引入相位差，实现天线的斜射特性，其中，不同相位差的信号的发射角度不同；

由于馈电网络的相位差可以任意调整，促使发射信号具有可调的相位差，因此实现了本申请实施例天线在不同维度的信号发射斜射角度的多样性。

馈电网络可以通过使用波束赋形算法对该斜射天线阵的馈电网络进行优化，具体优化方式为现有技术此处不再赘述。

上述天线单元，用于接收上述馈电网络单元发送的上述待发送信号，并以毫米波的形式向外发送上述待发送信号。

毫米波即毫米电磁波，为波长在1～10毫米之间的电磁波信号。

可选的，上述馈电网络单元包括：

水平极化金属层M3、垂直极化金属层M2、水平极化介质层Sub3、垂直极化介质层Sub2及底部金属层M4，其中，上述水平极化金属层M3与上述水平极化介质层Sub3组成一层馈电网络层，上述垂直极化金属层M2与上述垂直极化介质层Sub2组成一层馈电网络层；

上述水平极化介质层Sub3设置在上述底部金属层M4上，上述水平极化金属层M3设置在上述水平极化介质层Sub3上，上述垂直极化介质层Sub2设置在上述水平极化金属层M3上，上述垂直极化金属层M2设置在上述垂直极化介质Sub2层上。

参见图4，图4为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列水平极化金属层俯视图。

水平极化金属层M3，包括缝隙单元，上述缝隙单元用于产生上述信号的水平极化波；

水平极化金属层M3与水平介质层中的多种功分器和相位耦合器相连接可以包括多种连接方式，例如，可以包括T型连接和H型连接，以及与2×2相位耦合器相连接。

参见图3，图3为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列垂直极化金属层俯视图。

垂直极化金属层M2，包括交叉缝隙单元，上述交叉缝隙单元用于产生上述信号的水平极化波和上述信号的垂直极化波；

垂直极化金属层M2与垂直极化介质层中的多种功分器和相位耦合器相连接可以包括多种连接方式，例如，可以包括T型连接和H型连接，以及与2×2相位耦合器相连接。

水平极化金属层M3与垂直极化金属层M2的金属材质根据实际情况可以为任意材质，例如，在实际应用中，水平极化金属层M3与垂直极化金属层M2的材质可以为在介质基板表面镀铜或镀金形成的表层。

水平极化介质层Sub3，集成有相位耦合器和水平方向极化的非等分功分器，上述水平方向极化的非等分功分器用于对上述信号进行相位差功率分配。

水平极化介质层Sub3集成的水平方向极化的非等分功分器可以为多种规格，例如可以为水平方向极化的1分16的基片集成波导功分器。

垂直极化介质层Sub2，集成有相位耦合器和垂直方向极化的非等分功分器，上述垂直方向极化的非等分功分器用于对上述信号进行相位差功率分配。

垂直极化介质层Sub2集成的垂直方向极化的非等分功分器可以为多种规格，例如可以为垂直方向极化的1分16的基片集成波导功分器。

水平极化介质层和垂直极化介质层可以为多种材质，在一种可能的实施例中可以为罗杰斯衬底层(0.787毫米Rogers5880)。

可选的，本申请实施例的一种具有多样性斜射角度的毫米波天线阵列，上述基片集成波导端口包括第一端口D1和第二端口D2；上述第一端口D1与上述水平极化金属层M3相连接，上述第二端口D2与上述底部金属层相连接M4。

可选的，本申请实施例的一种具有多样性斜射角度的毫米波天线阵列，上述水平极化金属层，用于调整上述缝隙单元的偏移距离；上述垂直极化金属层，用于调整上述交叉缝隙单元的偏移距离；其中，通过控制上述缝隙单元的偏移距离与上述交叉缝隙单元的偏移距离的路径差，控制天线阵列的斜射特性。

天线阵列的斜射特性包括天线阵列的斜射角度，通过控制上述缝隙单元的偏移距离与上述交叉缝隙单元的偏移距离的路径差调整天线的斜射角度。

可选的，上述水平极化介质层和上述垂直极化介质层相互堆叠，上述水平极化金属层和上述垂直极化金属层的缝隙单元用于向上述天线单元发送上述待发送波信号。

由于发送波信号具有多样性斜射角度，可用于最终用户的动态位置追踪。

可选的，上述垂直极化介质层还包括H型功分器、T型功分器、相位耦合器及金属化孔洞构成的通道。

可选的，上述水平极化介质层还包括H型功分器、T型功分器、相位耦合器及金属化孔洞构成的通道。

可选的，上述垂直极化金属层与垂直极化介质层中的功分器、相位耦合器相连接；水平极化金属层与水平极化介质层中的功分器、相位耦合器相连接。

实际应用中，馈电网络单元可以通过PCB工艺以实现宽带双极化的馈电网络，具体实施方式为现有技术，此处不再赘述。

参见图2，图2为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列辐射层俯视图。

可选的，上述天线单元包括：

辐射层M1及介质层Sub1；上述辐射层M1包括具有交叉缝隙的辐射天线单元、8×8的四单元天线阵列；上述辐射天线单元被上述基片集成波导栅栏包围。

在实际应用中辐射层可以使用的半圆切割技术以扩展阻抗带宽，具体实施方式为现有技术，此处不再赘述。

可见，应用本申请实施例，可以通过调整上述缝隙单元的偏移距离与上述交叉缝隙单元的偏移距离的路径差，控制天线阵列的斜射角度，如图5和图6所示，图5为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列对端口1进行馈电时的辐射方向图，图6为本申请实施例的一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列对端口2进行馈电时的辐射方向图，本申请实施例实现了利用斜射天线的斜射覆盖特性，和有效抑制多波束之间信号干扰的优势，从而保证毫米波天线阵宽带、高增益以及多样性斜射角度特性，从而实现毫米波通信的覆盖范围和连接可靠性。

需要说明的是，在本文中，各个可选方案中的技术特征只要不矛盾均可组合来形成方案，这些方案均在本申请公开的范围内。诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备及存储介质的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有多样性斜射角度特性的毫米波天线阵列，其特征在于，包括：

多个天线阵列单元，所述天线阵列单元包括基片集成波导端口、馈电网络单元及天线单元；

所述天线单元设置在所述馈电网络单元上，所述基片集成波导端口设置在所述馈电网络单元中，所述馈电网络单元包括两层馈电网络层；

所述基片集成波导端口，用于接收信号，并将所述信号馈入到所述馈电网络层；

所述馈电网络单元，用于通过双极化的两层馈电网络层相互堆叠，并通过平面缝隙向上耦合馈电，得到待发送信号，并将所述待发送信号发送到所述天线单元；通过调整缝隙馈电位置的偏移距离，为天线单元提供了路径差，从而在馈电处引入相位差，实现天线的斜射特性，其中，不同相位差的信号的发射角度不同；

所述天线单元，用于接收所述馈电网络单元发送的所述待发送信号，并以毫米波的形式向外发送所述待发送信号。

2.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述馈电网络单元包括：

水平极化金属层、垂直极化金属层、水平极化介质层、垂直极化介质层及底部金属层，其中，所述水平极化金属层与所述水平极化介质层组成一层馈电网络层，所述垂直极化金属层与所述垂直极化介质层组成一层馈电网络层；

所述水平极化介质层设置在所述底部金属层上，所述水平极化金属层设置在所述水平极化介质层上，所述垂直极化介质层设置在所述水平极化金属层上，所述垂直极化金属层设置在所述垂直极化介质层上；

所述水平极化金属层，包括缝隙单元，所述缝隙单元用于产生所述信号的水平极化波；

所述垂直极化金属层，包括交叉缝隙单元，所述交叉缝隙单元用于产生所述信号的水平极化波和所述信号的垂直极化波；

所述水平极化介质层，集成有相位耦合器和水平方向极化的非等分功分器，所述水平方向极化的非等分功分器用于对所述信号进行相位差功率分配；

所述垂直极化介质层，集成有相位耦合器和垂直方向极化的非等分功分器，所述垂直方向极化的非等分功分器用于对所述信号进行相位差功率分配。

3.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述基片集成波导端口包括第一端口和第二端口；所述第一端口与所述水平极化金属层相连接，所述第二端口与所述底部金属层相连接。

4.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述水平极化金属层，用于调整所述缝隙单元的偏移距离；所述垂直极化金属层，用于调整所述交叉缝隙单元的偏移距离；其中，通过控制所述缝隙单元的偏移距离与所述交叉缝隙单元的偏移距离的路径差，控制天线阵列的斜射特性。

5.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述水平极化介质层和所述垂直极化介质层相互堆叠，所述水平极化金属层和所述垂直极化金属层的缝隙单元用于向所述天线单元发送所述待发送波信号。

6.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述垂直极化介质层还包括H型功分器、T型功分器、相位耦合器及金属化孔洞构成的通道。

7.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述水平极化介质层还包括H型功分器、T型功分器、相位耦合器及金属化孔洞构成的通道。

8.根据权利要求2所述的天线阵列，其特征在于，所述垂直极化金属层与垂直极化介质层中的功分器、相位耦合器相连接；水平极化金属层与水平极化介质层中的功分器、相位耦合器相连接。

9.根据权利要求1所述的天线阵列，其特征在于，所述天线单元包括：辐射层及介质层；所述辐射层所述辐射层M1包括具有交叉缝隙的辐射天线单元、8×8的四单元天线阵列；所述介质层包括基片集成波导栅栏；所述辐射天线单元被所述基片集成波导栅栏包围。