CN112467403B - 一种适用于Sub 6G的双频共口径相控阵天线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天线技术领域，公开了一种适用于Sub 6G的双频共口径相控阵天线装置，包括第一天线阵面和第二天线阵面；第一天线阵面包括多个低频天线单元，按照矩形栅格或者三角形栅格均匀排布；第二天线阵面包括多个高频天线单元，按照矩形栅格或者三角形栅格均匀排布；第一天线阵面与第二天线阵面采用交错排布方式或者嵌套方式组合。本发明实施例首先将两个频段用两个不同天线单元来实现；其次按照各自合适的阵间距排布组成阵面，以保证两个频段的宽角扫描性能；最后再将两个阵面按照交错排布方式或者嵌套方式组合到一起，以保证两个阵面的辐射特性良好，最终实现共口径设计，同时使得整体尺寸相较于单频段天线系统没有太大增加。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种适用于Sub 6G的双频共口径相控阵天线装置。
背景技术
目前，国内Sub 6G的频率资源已经分配完成，中国移动获得了2.6GHz和4.9GHz两个频率资源。因此，同时覆盖2.6GHz和4.9GHz的双频相控阵天线系统在未来5G的发展中显得尤为重要。根据现有技术来看，实现双频覆盖的相控阵天线系统方案大多可以分为两种：
第一种是采用宽带或者是双频天线单元，同时覆盖2.6GHz和4.9GHz频段去进行组阵。该方案的阵面布局如图1所示，图1中每个正方形图案均代表宽带天线单元或者双频天线单元，能同时覆盖2.6GHz和4.9GHz频段。同时图1中的阵面布局可以根据系统需要在横向和纵向扩展及缩小。
第二种是采用两个天线单元去分别覆盖2.6GHz和4.9GHz频段，然后将两个天线单元各自组阵之后分开放置。该方案的阵面布局如图2所示，图2中每个×形状图案均代表用于覆盖4.9GHz频段的高频天线单元，每个三角形图案均代表用于覆盖2.6GHz频段的低频天线单元。同样的，图2中的阵面布局可以根据系统需要在横向和纵向扩展及缩小，只需保证两个阵面仍相隔一定间距即可。
但是，上述两种方案都存在各自的问题。
第一种方案中，同一天线单元同时覆盖2.6GHz和4.9GHz频段，这样整个天线系统的尺寸不会相较于单频段天线系统有较大的增加，但由于相控阵天线系统的扫描性能与阵间距密切相关，阵间距的选择是比较重要的问题，若选取合适的阵间距以保证2.6GHz频段有良好的宽角扫描性能，则该阵间距相对于4.9GHz频段来说已经接近甚至超过了一个波长，会使得4.9GHz频段的方向图出现栅瓣；若选取合适的阵间距以保证4.9GHz频段有良好的宽角扫描性能，则该阵间距相对于2.6GHz频段来说远小于了半个波长，导致天线单元的耦合作用明显，天线阵面在扫描时增益下降严重。同时，这种方案，也要求后端的射频器件同时覆盖2.6GHz和4.9GHz频段，这也具有很高的设计难度和成本代价。
第二种方案中，覆盖2.6GHz和4.9GHz频段为两个不同天线单元，最终会有两个天线阵面分开放置，这会导致整个相控阵天线系统的尺寸相较于单频段天线系统有很大的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于Sub 6G的双频共口径相控阵天线装置，能够同时实现2.6GHz和4.9GHz两个频段的良好宽角扫描特性，而且确保整个天线尺寸相较于单频段天线系统没有太大增加。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于Sub 6G的双频共口径相控阵天线装置，包括第一天线阵面和第二天线阵面；
所述第一天线阵面包括多个低频天线单元，各个所述低频天线单元按照矩形栅格或者三角形栅格均匀排布；
所述第二天线阵面包括多个高频天线单元，各个所述高频天线单元按照矩形栅格或者三角形栅格均匀排布；
所述第一天线阵面与第二天线阵面采用交错排布方式或者嵌套方式组合。
可选的，所述第一天线阵面的低频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为2a，阵间距纵向为2b；
所述第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b；
所述第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合。
可选的，所述第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为2b；
所述第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b；
所述第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合。
可选的，在所述第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合时，每个低频天线单元与其最邻近的高频天线单元之间的横向距离为a/2且纵向距离为b/2。
可选的，所述第一天线阵面的低频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为2a，阵间距纵向均为2b；
所述第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b；
所述第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。
可选的，所述第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为2b；
所述第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向均为b。
所述第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。
可选的，所述第一天线阵面的低频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为4a，阵间距纵向均为2b；
所述第二天线阵面的高频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b；
所述第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。
可选的，所述第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为4a，阵间距纵向为2b；
所述第二天线阵面的高频天线单元也按照三角形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b；
所述第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。
可选的，所述低频天线单元覆盖2.6GHz频段，所述高频天线单元覆盖4.9GHz频段。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例首先将2.6GHz频段和4.9GHz频段用两个不同天线单元来实现；其次按照各自合适的阵间距排布组成阵面，以保证两个频段阵面的宽角扫描性能；最后再将两个阵面按照交错排布方式或者嵌套方式组合到一起，以保证两个阵面的辐射特性良好，最终实现共口径设计，同时使得双频相控阵天线系统的尺寸相较于单频段天线系统没有太大增加。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有的第一种方案的阵面布局示意图；
图2为现有的第二种方案的阵面布局示意图；
图3为本发明实施例一提供的阵面布局示意图；
图4为本发明实施例二提供的阵面布局示意图；
图5为本发明实施例三提供的阵面布局示意图；
图6为本发明实施例四提供的阵面布局示意图；
图7为本发明实施例五提供的阵面布局示意图；
图8为本发明实施例六提供的阵面布局示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种适用于Sub 6G的双频共口径相控阵天线装置，包括第一天线阵面和第二天线阵面。
其中，第一天线阵面包括多个低频天线单元，该低频天线单元具体可以为覆盖2.6GHz频段的天线单元，这些低频天线单元可按照矩形栅格或者三角形栅格均匀排布。第二天线阵面包括多个高频天线单元，该高频天线单元具体可以为覆盖4.9GHz频段的天线单元，这些高频天线单元可按照矩形栅格或者三角形栅格均匀排布。第一天线阵面和第二天线阵面均可以在横向和纵向进行拓展及缩小。
为保证在2.6GHz频段和4.9GHz频段均有良好的宽角扫描性能，第一天线阵面和第二天线阵面分别按照各自合适的阵间距进行排布；与此同时，为有效控制整个天线装置的尺寸，将第一天线阵面和第二天线阵面按照交错排布方式或者嵌套方式进行组合，以实现共口径设计。
下面将通过图3至图8进行详细说明。图中三角形图案均代表覆盖2.6GHz频段的低频天线单元，×形状图案均代表覆盖4.9GHz频段的高频天线单元。
实施例一
请参阅图3，本实施例提供的双频相控阵天线装置，包括：第一天线阵面和第二天线阵面。
第一天线阵面的低频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为2a，阵间距纵向为2b。本实施例中，a和b的取值可根据相控阵天线的实际所需扫描角度来设定。
第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b。
第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合，且由于高频天线单元的体积较大，会占用较大的安装空间，因而可选的，每个低频天线单元与其最邻近的高频天线单元之间的横向距离为a/2且纵向距离为b/2，以最大程度地避免两者相互产生干涉。
以图3为例，假定两个天线阵面都是从左下角初始单元开始向右横向和向上纵向拓展，则第一天线阵面和第二天线阵面的左下角初始单元的横向距离为a/2且纵向距离为b/2。
需要说明的是，在实际应用中，在第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合时，相邻的低频天线单元与高频天线单元的间距不局限于图3所示尺寸，只要能够满足安装过程中高频天线单元与低频天线单元互不产生干涉的条件即可。
实施例二
请参阅图4，本实施例提供的双频相控阵天线装置，包括：第一天线阵面和第二天线阵面。
第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为2b。
第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b。
第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合，且每个低频天线单元与其最邻近的高频天线单元之间的横向距离为a/2且纵向距离为b/2。
以图4为例，假定两个天线阵面都是从左下角初始单元开始向右横向和向上纵向拓展，则第一天线阵面和第二天线阵面的左下角初始单元的横向距离为a/2且纵向距离为b/2。
实施例三
请参阅图5，本实施例提供的双频相控阵天线装置，包括：第一天线阵面和第二天线阵面。
第一天线阵面的低频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为2a，阵间距纵向为2b。
第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b。
第一天线阵面和第二天线阵面嵌套在一起。此时，低频天线单元会与部分高频天线单元的空间位置重合，部分高频天线单元位于各低频天线单元之间的空间位置，从而实现高频天线单元嵌套在低频天线单元内。
以图5为例，假定两个天线阵面都是从左上角初始单元开始向右横向和向下纵向拓展，且第一天线阵面和第二天线阵面的左上角初始单元的位置重合，则横向上每个低频天线单元都与一个高频天线单元的位置重合，且横向上每相邻的两个低频天线单元的中间位置排布有一个高频天线单元。纵向与横向的组合方式相同，不再赘述。
实施例四
请参阅图6，本实施例提供的双频相控阵天线装置，包括：第一天线阵面和第二天线阵面。
第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为2b。
第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b。
第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。此时，低频天线单元会与部分高频天线单元的空间位置重合，部分高频天线单元位于各低频天线单元之间的空间位置，从而实现高频天线单元嵌套在低频天线单元内。
以图6为例，假定两个天线阵面都是从左上角初始单元开始向右横向和向下纵向拓展，且第一天线阵面和第二天线阵面的左上角初始单元的位置重合，则在横向上，每个低频天线单元都与一个高频天线单元的位置重合，且每相邻的两个低频天线单元的中间位置排布有一个高频天线单元；在纵向上，每个低频天线单元都与一个高频天线单元的位置重合，且每相邻的两个低频天线单元之间均匀排布有三个高频天线单元。
实施例五
请参阅图7，本实施例提供的双频相控阵天线装置，包括：第一天线阵面和第二天线阵面。
第一天线阵面的低频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为4a，阵间距纵向均为2b。
第二天线阵面的高频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b。
第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。
实施例六
请参阅图8，本实施例提供的双频相控阵天线装置，包括：第一天线阵面和第二天线阵面。
第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为4a，阵间距纵向为2b。
第二天线阵面的高频天线单元也按照三角形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b。
第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。
综上，本发明实施例首先将2.6GHz频段和4.9GHz频段用两个不同天线单元来实现；其次按照各自合适的阵间距排布组成阵面，以保证两个频段阵面的宽角扫描性能；最后再将两个阵面按照特殊规律组合到一起，以保证两个阵面的辐射特性良好，最终实现共口径设计，同时使得双频相控阵天线系统的尺寸相较于单频段天线系统没有太大增加。
以上所述，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 (2)
1.一种适用于Sub 6G的双频共口径相控阵天线装置，包括第一天线阵面和第二天线阵面；其特征在于，
所述第一天线阵面包括多个低频天线单元，所述低频天线单元覆盖2.6GHz频段；所述第二天线阵面包括多个高频天线单元，所述高频天线单元覆盖4.9GHz频段；
所述第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为2b；所述第二天线阵面的高频天线单元按照矩形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b；所述第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合或嵌套方式组合；
或者，所述第一天线阵面的低频天线单元按照三角形栅格均匀排布，且第一天线阵面的阵间距横向为4a，阵间距纵向为2b；所述第二天线阵面的高频天线单元也按照三角形栅格均匀排布，且第二天线阵面的阵间距横向为a，阵间距纵向为b；所述第一天线阵面和第二天线阵面采用嵌套方式组合。
2.根据权利要求1所述的双频共口径相控阵天线装置，其特征在于，在所述第一天线阵面和第二天线阵面采用交错排布方式组合时，每个低频天线单元与其最邻近的高频天线单元之间的横向距离为a/2且纵向距离为b/2。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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