CN113241528B - 双波束天线及天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双波束天线及天线系统，包括：喇叭天线本体和设置在喇叭天线本体后端的两个馈源，其中，两个馈源对称设置在喇叭天线本体的横截面的上下两侧，横截面与喇叭天线本体的等效相位中心重合，并且，两个馈源的辐射端均向内倾斜，以使馈源发射的电磁波经过喇叭天线本体的等效相位中心。本申请提供的技术方案，可以通过设计两个馈源在喇叭天线本体中的位置，使喇叭天线辐射出的电磁波具有特定的相位，以此形成需要的波束方向图，进而无需额外增加波束形成网络，最终降低了双波束天线的插入损耗和体积。

Description

双波束天线及天线系统

技术领域

本发明涉及天线通信技术领域，尤其涉及一种双波束天线及天线系统。

背景技术

天线作为天线系统中的重要组成部分，一直都是通信技术研究的重点。最早出现的天线为全向天线，而后逐步发展出了定向天线、双极化天线、多频段天线和长期演进（Long Term Evolution，LTE）天线等更先进的天线。

天线还可以分为单波束天线和多波束天线，波束是指天线方向图中的主瓣（即能量最集中的区域）。早期的天线多为单波束天线，单波束天线辐射角度大，但辐射距离近。现在的天线多为多波束天线，多波束天线可以减少单个波束的辐射角度，以提高辐射距离，同时通过多个波束增加整体的辐射角度，其中，多波束天线中最为常见的是双波束天线。

为了产生双波束，天线系统中需要增加特定的波束形成网络，但是，波束形成网络的增加会产生插入损耗，并且占据一定的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双波束天线及天线系统，可以简化波束形成网络，降低双波束天线的插入损耗和体积。

为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种双波束天线，包括：喇叭天线本体和设置在喇叭天线本体后端的两个馈源；

两个馈源对称设置在喇叭天线本体的横截面的上下两侧，横截面与喇叭天线本体的等效相位中心重合；

两个馈源的辐射端均向内倾斜，以使馈源发射的电磁波经过喇叭天线本体的等效相位中心。

可选的，喇叭天线本体包括扼流部和喇叭部，扼流部的前端与喇叭部连接，两个馈源均设置在扼流部的后端。

可选的，扼流部包括相对于横截面对称设置的两个扼流槽和连接在两个扼流槽之间的扼流板，两个馈源位于两个扼流槽之间，并分设在扼流板的上下两侧。

可选的，喇叭部的前端开口的横向宽度和喇叭部的后端开口的横向宽度相等。

可选的，喇叭天线本体上具有竖向设置的栅格，栅格位于馈源的辐射端与喇叭部的前端开口之间。

可选的，栅格设置在扼流部的前端。

可选的，馈源为波导缝隙阵列天线。

可选的，波导缝隙阵列天线的辐射端竖向开设有多对呈“八”字形的倾斜缝隙，各对倾斜缝隙在波导缝隙阵列天线的辐射端横向阵列排布。

可选的，馈源与横截面之间形成的锐角的角度范围为3-15度。

第二方面，本申请实施例提供一种天线系统，包括：控制器、射频组件和如上述第一方面或第一方面的任一实施方式的双波束天线。

本申请实施例提供的双波束天线，包括：喇叭天线本体和设置在喇叭天线本体后端的两个馈源，其中，两个馈源对称设置在喇叭天线本体的横截面的上下两侧，横截面与喇叭天线本体的等效相位中心重合，并且，两个馈源的辐射端均向内倾斜，以使馈源发射的电磁波经过喇叭天线本体的等效相位中心。本申请提供的技术方案，可以通过设计两个馈源在喇叭天线本体中的位置，使喇叭天线辐射出的电磁波具有特定的相位，以此形成需要的波束方向图，进而无需额外增加波束形成网络，最终降低了双波束天线的插入损耗和体积。

附图说明

图1为本申请实施例提供的双波束天线的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的图1中A-A向的剖面图；

图3为本申请实施例提供的和/差波束天线方向图；

图4为本申请实施例提供的带偏离角的天线方向图。

附图标记说明：

1-馈源； 2-喇叭天线本体；

3-横截面； 4-栅格；

11-倾斜缝隙；

21-扼流部； 22-喇叭部；

211-扼流槽； 212-扼流板。

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。

在传统的天线中，馈源发射电磁波的方向通常与天线等效相位中心所在的横截面平行，以使馈源发射的电磁波可以经过天线的等效相位中心。为了实现双波束，会在馈源上增加相应的波束形成网络，例如，和/差形成网络、分支线电桥和宽带移相器等，由波束形成网络调整射出的电磁波的相位，以此形成需要的波束方向图。但是，波束形成网络的增加会产生插入损耗，并且占据一定的空间。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种双波束天线，下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1为本申请实施例提供的双波束天线的结构示意图，图2为图1中A-A向的剖面图，如图1-图2所示。该双波束天线可以包括喇叭天线本体2和设置在喇叭天线本体2后端的两个馈源1，其中，两个馈源1可以对称设置在喇叭天线本体2的横截面3的上下两侧，横截面3可以与喇叭天线本体2的等效相位中心重合，并且，两个馈源1的辐射端均向内倾斜，以使馈源1发射的电磁波经过喇叭天线本体2的等效相位中心。作为一种可选的方式，馈源1与横截面3之间形成的锐角的角度范围可以为3-15度，在该范围内可以获得质量更高的波束方向图。传统天线是通过波束形成网络调整射出的电磁波的相位，而本申请可以省去波束形成网络，通过设计馈源1在喇叭天线本体2中的位置，以此调整电磁波的相位，最终形成需要的波束方向图。

需要说明的是，两个馈源1在喇叭天线本体2中具体的、详细的位置参数，以及喇叭天线本体2具体的、详细的结构参数可以通过相关的天线设计方法确定，并且，最终的具体位置参数和结构参数以实现目标波束的方向图需求为准，本申请实施例对比不作限定。

电磁波中的极化是指在电磁波的最大辐射方向上的极化，其定义为在最大辐射方向上电场矢量端点运动的轨迹。由于天线本身物理结构等原因，天线辐射远场的电场矢量除了有所需要方向的运动外，还在其正交方向上存在分量，这就是天线的交叉极化。在通常情况下，天线的交叉极化的程度越小越好。

通常馈源1在产生电磁波的时候会发生交叉极化现象，在一种可能的实施方式中，为了抑制交叉极化，设计员在设计喇叭天线本体2时，可以利用喇叭天线本体2的结构，以复用的形式将与馈源1连接的部分设计为可以起到抑制交叉极化的扼流部21。

具体的，喇叭天线本体2可以包括扼流部21和喇叭部22，扼流部21的前端与喇叭部22连接，两个馈源1均设置在扼流部21的后端。扼流部21和喇叭部22可以采用铝材或铜材等金属制造。扼流部21和喇叭部22可以采用焊接的方式进行固定，也可以采用螺纹连接或铆钉连接的方式固定，具体的连接方式本申请实施例对比不作限定。

扼流部21可以包括相对于横截面3对称设置的两个扼流槽211和连接在两个扼流槽211之间的扼流板212，两个馈源1可以位于两个扼流槽211之间，并分设在扼流板212的上下两侧。在一种可能的实施方式中，扼流槽211可以为“L”型，扼流板212可以为“I”型。扼流槽211的一端可以与喇叭部22连接，另一端可以与馈源1连接，扼流板212的两端可以分别与两个馈源1连接。设计员可以根据电磁仿真软件并结合馈源1的具体类型设计扼流部21具体的、详细的结构参数。

具体的，喇叭部22可以包括前端开口和后端开口，前端开口大，后端开口小。本申请实施例中以在俯仰面上产生双波束的双波束天线为例进行说明，因此，为了控制双波束天线的体积，减少喇叭部22的大小，在一种可能的实施方式中，前端开口的横向宽度和后端开口的横向宽度相等，即喇叭部22在水平面上的张角为0。进一步的，设计员可以通过调整喇叭部22在俯仰面上的张角，控制电磁波在俯仰面上的宽度。需要说明的是，本申请技术方案中提供的双波束天线也可以采用相似的原理在方位面上形成双波束，具体的结构在此不再赘述。

为了进一步抑制交叉极化的程度，喇叭天线本体2上还可以设置竖向设置的栅格4，栅格4可以为条状金属栅格4，可以采用和喇叭天线本体2同样的金属材料制作。栅格4可以位于馈源1的辐射端与喇叭部22的前端开口之间。具体的，栅格4可以设置在扼流部21的前端。栅格4中每个栅条的厚度、宽度和间距可以通过理论计算和软件仿真确定，本申请实施例对比不作限定。

馈源1可以采用波导缝隙阵列天线，也可以采用微带天线或偶极子天线等。在本申请一实施例中，为了在方位面形成极窄的波束宽度，采用波导缝隙阵列天线作为馈源1。

具体的，波导缝隙阵列天线可以为一段中空的金属方管，波导缝隙阵列天线面向喇叭天线本体2开口的一端为辐射端，辐射端上开设有多个倾斜缝隙11，每个倾斜缝隙11为一个辐射单元。在实际应用时，波导缝隙阵列天线的一端连接波导同轴转换器，以接入馈线，波导缝隙阵列天线的另一端连接一个负载，用于吸收没有发射出去的多余的电磁波能量。

在设计波导缝隙阵列天线的结构参数时，可以先按照双波束天线需要的增益、副瓣电平及带宽特性，确定波导缝隙阵列天线的工作形式、天线长度、缝隙个数、缝隙偏转角度及缝隙切割深度等参数。然后，再考虑波导缝隙阵列天线引起的交叉极化，具体的，设计员可以根据指标要求设计各个缝隙的馈电幅度，求解缝隙对应的电导值、偏转角度和缝隙切割深度，并使用电磁仿真软件修正，优化上述参数。

在一种可能的实施方式中，波导缝隙阵列天线的倾斜缝隙11可以两个为一对，组成“八”字形，并且各对倾斜缝隙11在波导缝隙阵列天线的辐射端横向阵列排布，以降低交叉极化的程度。

本申请实施例提供的双波束天线既可以形成带偏离角的双波束，也可以形成和/差双波束。图3为本申请实施例提供的和/差波束天线方向图，图4为本申请实施例提供的带偏离角的天线方向图，等幅并且同相激励2个馈源时可以在俯仰面形成和波束方向图，参照在图3中线段1；等幅并且相位相差180°激励2个馈源时可以在俯仰面形成差波束方向图，参照在图3中线段2；在单独激励双波束天线中上方馈源时可以形成波束下倾的天线方向图，参照在图4中线段3；在单独激励双波束天线中下方馈源时可以形成波束上翘的天线方向图，参照在图4中线段4。通过调节两馈源到喇叭天线本体等效相位中心的距离及角度，可以调整天线方向图上翘或是下倾的角度。

另外，若需要设计三波束天线，可以在本申请实施例提供的双波束天线的基础上，在两个馈源之间再增加一个与横截面平行的馈源，通过计算三个馈源之间的排布参数，可以实现无需波束形成网络的三波束天线，三波束天线的具体结构可以参照上述内容，在此不再赘述。

本申请实施例提供的双波束天线可以包括：喇叭天线本体和设置在喇叭天线本体后端的两个馈源，其中，两个馈源可以对称设置在喇叭天线本体的横截面的上下两侧，横截面与喇叭天线本体的等效相位中心重合，并且，两个馈源的辐射端均向内倾斜，以使馈源发射的电磁波经过喇叭天线本体的等效相位中心。本申请提供的技术方案可以通过设计两个馈源在喇叭天线本体中的位置，使喇叭天线辐射出的电磁波具有特定的相位，以此形成需要的波束方向图，进而无需额外增加波束形成网络，最终降低了双波束天线的插入损耗和体积。

本申请实施例还提供一种天线系统，包括：控制器、射频组件和如上述装置实施例所述的双波束天线。控制器可以连接射频组件，用户可以通过控制器控制射频组件。射频组件可以连接双波束天线，可以调节和生成用于生成电磁波的电信号。

本申请实施例提供的天线系统可以执行上述装置实施例，其实现原理与技术效果类似，此处不再赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵”、“横”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种双波束天线，其特征在于，包括：喇叭天线本体和设置在所述喇叭天线本体后端的两个馈源；

所述两个馈源对称设置在所述喇叭天线本体的横截面的上下两侧，所述横截面与所述喇叭天线本体的等效相位中心重合；

所述两个馈源的辐射端均向内倾斜，以使所述馈源发射的电磁波经过所述喇叭天线本体的等效相位中心，所述喇叭天线本体包括扼流部和喇叭部，所述扼流部的前端与所述喇叭部连接，所述两个馈源均设置在所述扼流部的后端，所述扼流部用于抑制交叉极化，扼流部包括相对于所述横截面对称设置的两个扼流槽和连接在所述两个扼流槽之间的扼流板，所述两个馈源位于所述两个扼流槽之间，并分设在所述扼流板的上下两侧。

2.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述喇叭部的前端开口的横向宽度和所述喇叭部的后端开口的横向宽度相等。

3.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述喇叭天线本体上具有竖向设置的栅格，所述栅格位于所述馈源的辐射端与所述喇叭部的前端开口之间。

4.根据权利要求3所述的双波束天线，其特征在于，所述栅格设置在所述扼流部的前端。

5.根据权利要求1所述的双波束天线，其特征在于，所述馈源为波导缝隙阵列天线。

6.根据权利要求5所述的双波束天线，其特征在于，所述波导缝隙阵列天线的辐射端竖向开设有多对呈“八”字形的倾斜缝隙，各对倾斜缝隙在所述波导缝隙阵列天线的辐射端横向阵列排布。

7.根据权利要求1-6任一项所述的双波束天线，其特征在于，所述馈源与所述横截面之间形成的锐角的角度范围为3-15度。

8.一种天线系统，其特征在于，包括：控制器、射频组件和如权利要求1-7任一项所述的双波束天线。

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