CN110957580B - 定向光馈天线及定向光馈天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种定向光馈天线及系统，该天线是基于PCB板设计的小口径定向天线；在所述PCB板上设置光复用器、光探测器、射频处理器、激光器和射频合路器。采用chip on board工艺，把贴片式微小内调式激光器和放大器或环形器与一种超宽带定向天线巧妙结合，此时整个天线的输入或输出接口为光纤接口，不再是射频同轴连接器。使得这种天线系统的输入和输出接口均为光纤，从而避免了同轴电缆对待测电场的干扰、高损耗和对不同频率的损耗不同而影响其瞬时带宽的问题，使得不仅使得整体上简洁、体积紧凑，安装和使用灵活，不同天线的电性能一致性好，而且便于对大规模天线阵列的时延控制，获得优异的瞬时带宽特性。
Description
技术领域
本发明涉及无线电技术领域，尤其涉及一种定向光馈天线及定向光馈天线系统。
背景技术
目前基于Vivaldi结构的天线都是线极化宽带天线且采用同轴线缆，但由于不是双层对称结构，故导致交叉极化比在全频段内很难优于-20dB，在全频段内，天线主瓣要么会在某些频点开裂要么会发生偏转。目前也存在基于对称结构的天线，但这种天线的口径都非常大，不仅会对待测场强会产生较大扰动，而且会对待测场强产生过大平滑效果，超过了奈奎斯特采样率的最低要求，因此仅适用于远场测量，不能用于近场扫描测量中。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种定向光馈天线及定向光馈天线系统。
本发明实施例提供一种定向光馈天线，所述天线为基于PCB板设计的小口径定向天线，在所述PCB板上设置光复用器、光探测器、射频处理器、激光器和射频合路器，其中：
所述光复用器，与光纤连接，用于将多个波长合成为一个光线输入输出；
所述光探测器，与所述光复用器连接，用于把光信号转为射频信号，所述射频信号为模拟信号；
所述激光器，与所述光复用器连接，用于把射频信号转为光信号；
所述射频处理装置，分别与所述光探测器和所述激光器连接，用于对射频信号进行预处理；
所述射频合路器，与所述射频处理装置连接，用于对预处理的射频信号进行多频段信号组合处理，或对多频段信号组合的射频信号进行拆分处理后发送给射频处理装置进行预处理；
所述射频合路器，与PCB板连接，用于将多频段信号组合的射频信号发送给PCB板，使PCB板发射。
进一步地，所述PCB板包括介质层，以及位于所述介质层两面的金属层，所述金属层上设置的信号接触点与所述射频合路器连接；所述金属层包括由中间开槽线分为左天线片和右天线片，所述左天线片和所述右天线片采用切比雪夫多项式或对数渐变形式进行弯折形成左主体和左弯折部，以及右主体和右弯折部；所述左主体与所述左弯折部采用电阻加载处理；所述右主体和右弯折部采用电阻加载处理；所述左主体和左弯折部设置锯齿，所述右主体和右弯折部设置锯齿。
进一步地，在左天线片和右天线片的夹口位置设置椭圆片。
进一步地，所述射频处理装置包括射频放大器和射频环形器，用于对射频信号进行对应的预处理。
第二方面，本发明实施例提供一种定向光馈天线系统，其特征在于，包括第一传输装置、第二传输装置和上述的定向光馈天线，其中：
所述第一传输装置与所述第二传输装置采用光纤连接，所述第一传输装置和所述第二传输装置共同完成光信号收发处理。
进一步地，当所述系统为发射天线模式，则所述第一传输装置为光发模块，所述第二传输装置为光收模块。
进一步地，当所述系统为接收天线模式，则所述第一传输装置为光收模块，所述第二传输装置为光发模块。
进一步地，当所述系统为收发共用模式，则所述第一传输装置包括光收模块、光发模块和光学合路器，所述第二传输装置包括光收模块、光发模块、光学合路器和射频隔离器。
本发明实施例提供的一种定向光馈天线及定向光馈天线系统，采用chip onboard工艺，把贴片式微小内调式激光器和放大器或环形器与一种超宽带定向天线巧妙结合，使得这些器件作成为天线的一部分，此时整个天线的输入或输出接口为光纤，不再是射频同轴连接器。使得这种天线系统的输入和输出接口均为光纤，从而避免了同轴电缆对待测电场的干扰、高损耗和对不同频率的损耗不同而影响其瞬时带宽的问题，使得不仅使得整体上简洁、体积紧凑，安装和使用灵活，不同天线的电性能一致性好，而且便于对大规模天线阵列的时延控制，获得优异的瞬时带宽特性。此外，采用集成电路的方式有利于大规模制造，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例定向光馈天线的结构示意图；
图2为本发明实施例定向光馈天线的信号流向示意图；
图3为本发明实施例天线上金属层的设计结构示意图；
图4为本发明实施例系统作为发射天线模式的结构示意图；
图5为本发明实施例系统作为接收天线模式的结构示意图；
图6为本发明实施例系统作为收发共用天线模式的结构示意图；
图7为本发明实施例天线阵列系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前基于Vivaldi结构的天线或是基于Vivaldi结构的天线，这些天线都是线极化宽带天线且采用同轴线缆，但由于不是双层对称结构，故导致交叉极化比在全频段内很难优于-20dB，在全频段内的天线主瓣要么会在某些频点开裂要么会发生偏转。目前也存在基于对称结构的天线，但这种天线的口径都非常大，不仅会对待测场强会产生较大扰动，而且会对待测场产生过大平滑效果使得不满足奈奎斯特采样率要求，因此仅适用于远场测量，不能用于近场扫描测量中。
为此，图1和图2示出了本发明一实施例提供的一种定向光馈天线，该天线为基于PCB板1设计的小口径定向天线，在所述PCB板1上设置光复用器2、光探测器3、射频处理器4、激光器5和射频合路器6，其中：
所述光复用器2，与光纤7连接，用于将多个波长合成为一个光线输入输出。
所述光探测器3，与所述光复用器2连接，用于把光信号转为射频信号，所述射频信号为模拟信号。
所述激光器5，与所述光复用器2连接，用于把射频信号转为光信号；
所述射频处理器4，分别与所述光探测器3和所述激光器5连接，用于对射频信号进行预处理。该射频处理器包括射频放大器和射频环形器，主要是对射频信号进行对应的预处理。
所述射频合路器6，与所述射频处理器4连接，用于对预处理的射频信号进行多频段信号组合处理，或对多频段信号组合的射频信号进行拆分处理后发送给射频处理器进行预处理。
所述射频合路器6，与PCB板1连接，用于将多频段信号组合的射频信号发送给PCB板1，使PCB板1发射。
针对上述实施例提及的定向光馈天线，需要说明的是，本实施例的PCB板用于向外发射天线信号，其采用小口径设计。如图3所示为小口径天线的基本结构。
本实施例的PCB板包括介质层，以及位于所述介质层两面的金属层，所述金属层上设置的信号接触点与所述射频合路器连接。该信号接触点与射频合路器进行信号传输，以使得射频合路器传输的多频段信号作用到天线上，实现向外发出信号。
每个金属层包括由中间开槽线分为左天线片8和右天线片9，所述左天线片8和所述右天线片9采用切比雪夫多项式或对数渐变形式进行弯折形成左主体10和左弯折部11，以及右主体12和右弯折部13。
所述左主体10与所述左弯折部11采用电阻加载处理。即左弯折部的端部与左主体的某个位置点连接，形成电阻加载处理效果。
所述右主体和右弯折部采用电阻加载处理。即右弯折部的端部与右主体的某个位置点连接，形成电阻加载处理效果。
所述左主体10和左弯折部11设置锯齿14，所述右主体12和右弯折部13设置锯齿14。
为了进一步改善天线波瓣，在左天线片8和右天线片9的夹口位置设置椭圆片15。
在本实施例中，基于开槽线结构，并在天线层状结构上采用对称方式来设计基本结构，避免对拓结构。按照小口径天线和短天线的设计要求(否则会占用测量装置有效空间)，采用切比雪夫多项式或对数渐变形式，采用折弯形式来缩短天线长度，采用锯齿状减小回波表面电流，在弯折部和主体之间巧妙地通过电阻加载来减小天线驻波。为了进一步改善天线波瓣，在天线口附近添加椭圆片。
在制作本实施例的定向光馈天线过程中，光复用器、光探测器、射频处理器、激光器和射频合路器采用chip on board的工艺集成在PCB板上。
具体如下：
1、光复用器为光无源芯片工艺，通过胶水粘结在PCB板上。
2、光探测器和激光器为裸片，通过共晶焊接或者环氧树脂导电胶粘结在PCB上。
3、光探测器和激光器用到的透镜芯片也是胶水粘结。
4、射频放大器和射频环形器选用SMT形式的，采用焊锡焊接。
5、射频合路器可做成平面电路的形式，直接做在天线的图形上。合路器形式可以选用多节的Wilkinson合路器或者电桥合路器，宽带的电桥可以实现10MHz～20GHz的带宽。
本发明实施例提供的定向光馈天线，采用chip on board工艺，把贴片式微小内调式激光器和放大器或环形器与一种超宽带定向天线巧妙结合，使得这些器件作成为天线的一部分，此时整个天线的输入或输出接口为光纤，不再是射频同轴连接器。
使得这种天线系统的输入和输出接口均为光纤，从而避免了同轴电缆对待测电场的干扰、高损耗和对不同频率的损耗不同而影响其瞬时带宽的问题，使得不仅使得整体上简洁、体积紧凑，安装和使用灵活，不同天线的电性能一致性好，而且便于对大规模天线阵列的时延控制，获得优异的瞬时带宽特性。此外，采用集成电路的方式有利于大规模制造，成本低。
本发明实施例提供一种定向光馈天线系统，包括第一传输装置、第二传输装置和上述的定向光馈天线，其中：
所述第一传输装置与所述第二传输装置采用光纤连接，所述第一传输装置和所述第二传输装置共同完成光信号收发处理。
如图4所示为该系统作为反射天线模式的结构示意图，参见图4，可以得知：当所述系统为发射天线模式，则所述第一传输装置为光发模块，所述第二传输装置为光收模块。
41、制作光发模块，射频信号经过光发模块以后，变成光信号；
42、采用印刷电路板方式制作上述的定向光馈天线；
43、在定向光馈天线上制作集成式光收模块，用于提取调制在光信号中的射频信号；
44、采用光纤把光发模块输出的光信号传输到光收模块；
45、定向光馈天线把提取的射频信号变成电磁场，向空间中某一方向辐射出去。
其中，上述光发模块和光收模块均需要直流DC供电。
如图5所示为该系统作为接收天线模式的结构示意图，参见图5，可以得知：当所述系统为接收天线模式，则所述第一传输装置为光收模块，所述第二传输装置为光发模块。
51、制作印刷电路板形式的定向光馈天线，把来自空间某一方向的电磁场转变成射频电压信号，并以集成电路的形式呈现出来；
52、在印刷电路板上集成制作光发模块，把上述射频电压信号转变成光信号；准备光纤，把含有射频电压信号的光信号传输到达光收模块；
53、制作光收模块，把光纤传输进来的光信号中包含的射频信号提取出来。
其中，上述光发模块和光收模块均需要直流DC供电。
如图6所示为该系统作为收发共用天线模式的结构示意图，参见图6，可以得知：当所述系统为收发共用模式，则所述第一传输装置包括光收模块、光发模块和光学合路器，所述第二传输装置包括光收模块、光发模块、光学合路器和射频隔离器。
收发共用光馈天线分别结合了上述特点，并且增加了光学合路器，以及射频隔离器，用于分离发射和接收射频信号。
另外，还可将上述实施例提及的定向光馈天线制作成天线阵列系统，如图7所示为天线阵列系统的结构示意图，参见图7可以得知，该天线阵列系统为三个天线构成，采用1分3光调相系统把一路射频模拟信号分成三路，传输到不同的定向光馈天线上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种定向光馈天线，其特征在于，所述天线为基于PCB板设计的小口径定向天线，在所述PCB板上设置光复用器、光探测器、射频处理器、激光器和射频合路器，其中：
所述光复用器，与光纤连接，用于将多个波长合成为一个光线输入输出；
所述光探测器，与所述光复用器连接，用于把光信号转为射频信号，所述射频信号为模拟信号；
所述激光器，与所述光复用器连接，用于把射频信号转为光信号；
所述射频处理装置，分别与所述光探测器和所述激光器连接，用于对射频信号进行预处理；
所述射频合路器，与所述射频处理装置连接，用于对预处理的射频信号进行多频段信号组合处理，或对多频段信号组合的射频信号进行拆分处理后发送给射频处理装置进行预处理；
所述射频合路器，与PCB板连接，用于将多频段信号组合的射频信号发送给PCB板，使PCB板发射；
所述PCB板包括介质层，以及位于所述介质层两面的金属层，所述金属层上设置的信号接触点与所述射频合路器连接；所述金属层包括由中间开槽线分为左天线片和右天线片，所述左天线片和所述右天线片采用切比雪夫多项式或对数渐变形式进行弯折形成左主体和左弯折部，以及右主体和右弯折部；所述左主体与所述左弯折部采用电阻加载处理；所述右主体和右弯折部采用电阻加载处理；所述左主体和左弯折部设置锯齿，所述右主体和右弯折部设置锯齿。
2.根据权利要求1所述的定向光馈天线，其特征在于，在左天线片和右天线片的夹口位置设置椭圆片。
3.根据权利要求1所述的定向光馈天线，其特征在于，所述射频处理装置包括射频放大器和射频环形器，用于对射频信号进行对应的预处理。
4.一种定向光馈天线系统，其特征在于，包括第一传输装置、第二传输装置和上述权利要求1-3中任一项所述的定向光馈天线，其中：
所述第一传输装置与所述第二传输装置采用光纤连接，所述第一传输装置和所述第二传输装置共同完成光信号收发处理。
5.根据权利要求4所述的定向光馈天线系统，其特征在于，当所述系统为发射天线模式，则所述第一传输装置为光发模块，所述第二传输装置为光收模块。
6.根据权利要求4所述的定向光馈天线系统，其特征在于，当所述系统为接收天线模式，则所述第一传输装置为光收模块，所述第二传输装置为光发模块。
7.根据权利要求4所述的定向光馈天线系统，其特征在于，当所述系统为收发共用模式，则所述第一传输装置包括光收模块、光发模块和光学合路器，所述第二传输装置包括光收模块、光发模块、光学合路器和射频隔离器。
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