CN114221141A - 一种收发分离式平板阵列天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种收发分离式平板阵列天线，该天线包括：基板，设置于所述基板上的发射天线和接收天线，其中，所述发射天线包括多个发射天线单元，接收天线包括多个接收天线单元；所述多个接收天线单元按照阵列排布方式组成M*M的第一天线阵列；所述多个发射天线单元按照阵列排布方式设置于所述第一天线阵列的外围，并与所述第一天线阵列组成N*N的第二天线阵列，N>M，且N和M均为正整数。本申请解决了如何减小了天线系统的尺寸与复杂度的技术问题。

Description

一种收发分离式平板阵列天线

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种收发分离式平板阵列天线。

背景技术

随着通信技术的快速发展，卫星通信由于具有资源丰富、覆盖范围广以及应用广泛等优点被广泛应用于环境灾害监测、视频监控等技术领域；例如，对于高传输带宽需求的场景，可利用C、Ku、Ka频段等高轨通信卫星与终端进行通信。而终端作为卫星通信中的重要设备，为了适应不同的场景，对卫星通信终端的要求越来越高，趋于小型化或便携成为一个发展趋势。在卫星通信中，要求终端同时应具有数据收发能力，即可从卫星接收数据，也可向卫星发送数据，通常接收/发送数据是通过接收天线/发送天线实现的，因此，天线作为终端中一个重要的部件直接影响终端的性能以及尺寸等。

目前，对于卫星通信终端常采用接收天线来实现数据的接收，发送天线实现数据的发送，而接收天线或发送天线的种类多样化，对于不同的频率，可采用不同的接收天线或发送天线来实现数据的收发，例如，接收天线/发送天线包括小口径平板阵列天线、偏馈抛物面天线、拼接反射面的抛物面天线等，其中C频段多采用如下两种天线：一种是小口径平板阵列天线，一种是偏馈抛物面天线；Ku频段则主要采用偏馈抛物面天线。而现有终端中接收天线和发送天线常采用分离式的，即为了实现接收/发送数据的能力，终端常需设置至少一个接收天线模块和至少一个发送天线模块，进而使得终端体积大、重量重，不便于携带；而对于采用拼接反射面的抛物面天线的终端，抛物面天线可拆卸安装在一定程度上增加了终端的便携性，但是会增加天线安装以及调试的时间。因此，在保证终端性能的情况下，如何设计一款接收/发送天线，以使得终端小型化或便携式成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对如何减小天线系统的尺寸与复杂度，本申请提供了一种收发分离式平板阵列天线，本申请实施例所提供的方案中，通过将发射天线嵌入至收发分离式平板阵列天线中心，接收天线设置于发射天线外围，并与发射天线形成天线阵列，实现将发射天线与接收天线一体化设计，进而减小了天线系统的尺寸与复杂度，以便于终端小型化或便携式。

第一方面，本申请实施例提供一种收发分离式平板阵列天线，该天线包括：基板，设置于所述基板上的发射天线和接收天线，其中，所述发射天线包括多个发射天线单元，接收天线包括多个接收天线单元；所述多个接收天线单元按照阵列排布方式组成M*M的第一天线阵列；所述多个发射天线单元按照阵列排布方式设置于所述第一天线阵列的外围，并与所述第一天线阵列组成N*N的第二天线阵列，N>M，且N和M均为正整数。

可选地，每个发射天线单元采用非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线，每个接收天线单元采用双L型探针馈电的宽带双层微带贴片天线。

可选地，包括：发射天线馈电网络和接收天线馈电网络，其中，所述发射天线馈电网络和所述接收天线馈电网络均采用并联馈电方式。

可选地，所述发射天线和所述接收天线均采用线极化的极化方式。

可选地，所述接收天线的辐射边与所述发射天线的辐射边垂直，以使得所述发射天线与所述接收天线极化相正交。

可选地，所述第一天线阵列为2*2的天线阵列，所述第二天线阵列为8*8的天线阵列。

可选地，所述发射天线单元之间的间距为0.88λ1，其中，λ1为所述发射天线单元所发送信号的波长。

可选地，所述接收天线单元之间的间距为0.58λ2，其中，λ2为所述接收天线单元所发送信号的波长。

可选地，所述收发分离式平板阵列天线的长*宽*高的取值不大于370mm*370mm*30mm。

与现有技术相比，本申请实施例所提供的方案至少具有如下有益效果：

本申请实施例所提供的方案中，通过将发射天线嵌入至收发分离式平板阵列天线中心，接收天线设置于发射天线外围，并与发射天线形成天线阵列，实现将发射天线与接收天线一体化设计，进而减小了天线系统的尺寸与复杂度，以便于终端小型化或便携式。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种收发分离式平板阵列天线的结构示意图；

图2a为本申请实施例提供的一种发射单元的结构示意图；

图2b为本申请实施例提供的一种接收单元的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种馈电网络的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种收发隔离式平板阵列天线的外观结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种发射天线的仿真示意图；

图6为本申请实施例提供的一种接收天线的仿真示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例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它实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1，为本申请实施例提供的一种收发分离式平板阵列天线的结构示意图，该阵列天线包括：基板1，设置于所述基板1上的发射天线2和接收天线3，其中，所述发射天线2包括多个发射天线单元21，接收天线3包括多个接收天线单元31；所述多个接收天线单元31按照阵列排布方式组成M*M的第一天线阵列；所述多个发射天线单元21按照阵列排布方式设置于所述第一天线阵列的外围，并与所述第一天线阵列组成N*N的第二天线阵列，N>M，且N和M均为正整数。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，收发分离式平板阵列天线采用多个接收天线单元31嵌入收发分离式平板阵列天线中心位置，多个发射天线单元21设置于多个接收天线单元31外围的形式，实现收发分离与天线一体化设计。作为举例，收发分离式平板阵列天线采用8*8元阵列天线形式，其中，发射天线单元21个数为60元，接收天线单元31采用2*2元阵列天线形式，且设置于收发分离式平板阵列天线的中心位置。

进一步，在一种可能实现的方式中，每个发射天线单元21采用非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线，每个接收天线单元31采用双L型探针馈电的宽带双层微带贴片天线。

参见图2a为本申请实施例提供的一种发射单元的结构示意图。在图2a中，发射天线单元21采用非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线，包括馈电单元和设置于所述馈电单元之上的寄生辐射单元；其中，馈电单元采用微带线的非辐射边进行馈电，并利用双谐振来展宽工作带宽。

进一步，在寄生辐射单元上沿垂直于辐射边的方向开三条均匀对称分布的缝隙，以使得保持与天线的极化方向一致。对于不同场景，细缝的尺寸和位置不同，可通过调整缝隙的尺寸与位置抑制交叉极化模式电流达到抑制天线单元交叉极化的目的，同时改善天线的阻抗带宽。

参见图2b为本申请实施例提供的一种接收单元的结构示意图。在图2b中，接收天线单元31采用双L型探针馈电的宽带双层微带贴片天线，包括：功分网络、辐射贴片和L型探针。在接收天线单元31中，下层为功分网络由三个1:1功分器组成，通过对称结构设计，实现从馈电点到双探针的等幅同相馈电；上层为辐射贴片，L型探针设置于辐射贴片之上，该L型探针为L型铜材质探针，L型探针垂直部分产生感抗，水平部分和贴片之间产生容抗，通过调节L型探针与贴片的相对位置以及L型探针本身的长度与高度，使两者相消产生谐振，以此展宽天线的工作带宽，辐射贴片通过L型探针耦合的能量进行辐射。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，为实现对每个天线单元(发射天线单元和接收天线单元)进行馈电，收发分离式平板阵列天线的整体馈电网络由发射天线馈电网络和接收天线馈电网络组成，分别对发射天线与接收天线进行馈电，参见图3为本申请实施例提供的一种馈电网络的结构示意图。具体的，在图3中，发射天线馈电网络和接收天线馈电网络的馈电方式有多种，下面以其中一种为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，所述发射天线馈电网络和所述接收天线馈电网络均采用并联馈电方式。

进一步，由于卫星通信终端中天线本身通信体制的要求，发射天线和接收天线的极化方式需要正交。在一种可能实现的方式中，所述发射天线2和所述接收天线3均采用线极化的极化方式。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述接收天线3辐射边与所述发射天线2辐射边垂直，以使得所述发射天线2与所述接收天线3极化相正交。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述第一天线阵列为2*2的天线阵列，所述第二天线阵列为8*8的天线阵列。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述发射天线单元21之间的间距为0.88λ1，其中，λ1为所述发射天线单元所发送信号的波长。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述接收天线单元31之间的间距为0.58λ2，其中，λ2为所述接收天线单元所发送信号的波长。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述收发分离式平板阵列天线的长*宽*高的取值不大于370mm*370mm*30mm。

本申请实施例所提供的方案中，通过将发射天线2嵌入至收发分离式平板阵列天线中心，接收天线3设置于发射天线2外围，并与发射天线2形成天线阵列，实现将发射天线2与接收天线3一体化设计，进而减小了天线系统的尺寸与复杂度，以便于终端小型化或便携式。

为了便于理解上述收发分离式平板阵列天线效果，下面以举例的方式对其进行说明。

例如，收发分离式平板阵列天线的设计参数如下所示：

(1)、工作频率

接收频率：3700～4200MHz；

发射频率：5900～6400MHz；

(2)、天线增益

接收天线增益：≥11dB；

发射天线增益：≥24dB；

(3)、极化方式

发射天线极化方式：线极化；

接收天线极化方式：线极化；

且收发天线极化正交

(4)、天线驻波比

发射天线驻波比：≤2；

接收天线驻波比：≤2；

(5)、接口形式：SMA接口；

(6)终端天线尺寸：长*宽*高≤370*370*30mm。

参见图4，为本申请实施例提供的一种收发隔离式平板阵列天线的外观结构示意图。在图4中，发射天线2等效口径0.31米，天线增益指标为24dB，接收天线3等效口径0.11米，天线增益指标为12dB。接收天线3设计为60元阵列组成的方阵形式，馈电网络采用并联馈电形式，根据整个天线的尺寸需求，单元间距设定为0.88λ1(发射天线波长)。其中在方阵中心嵌入发射天线2，采用并联馈电形式四阵元形式，单元间距为0.58λ2(接收天线波长)。通过调整发射天线2与接收天线3的位置，将接收天线3的辐射边沿发射天线2辐射边垂直方向摆放，实现发射天线2与接收天线3极化相正交。参见图5为本申请实施例提供的一种发射天线的仿真示意图；参见图6为本申请实施例提供的一种接收天线的仿真示意图。在图5和图6中，涉及发射天线的E面、H面辐射仿真示意图，另外从图5和图6中可以看出发射天线和接收天线均满足指标需求，即在接收频率：3700～4200MHz范围内，接收天线增益：≥11dB；在发射频率：5900～6400MHz范围内，发射天线增益：≥24dB。另外，在本申请实施例所提供的方案中可根据相应需求以及尺寸的要求，对发射天线进行扩展，例如16*16元阵列等，根据接收天线的增益需求设计嵌入式接收天线的尺寸与阵列形式。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种收发分离式平板阵列天线，其特征在于，包括：基板，设置于所述基板上的发射天线和接收天线，其中，所述发射天线包括多个发射天线单元，接收天线包括多个接收天线单元；所述多个接收天线单元按照阵列排布方式组成M*M的第一天线阵列；所述多个发射天线单元按照阵列排布方式设置于所述第一天线阵列的外围，并与所述第一天线阵列组成N*N的第二天线阵列，N>M，且N和M均为正整数。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，每个发射天线单元采用非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线，每个接收天线单元采用双L型探针馈电的宽带双层微带贴片天线。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，包括：发射天线馈电网络和接收天线馈电网络，其中，所述发射天线馈电网络和所述接收天线馈电网络均采用并联馈电方式。

4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述发射天线和所述接收天线均采用线极化的极化方式。

5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述接收天线的辐射边与所述发射天线的辐射边垂直，以使得所述发射天线与所述接收天线极化相正交。

6.如权利要求1～5任一项所述的天线，其特征在于，所述第一天线阵列为2*2的天线阵列，所述第二天线阵列为8*8的天线阵列。

7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述发射天线单元之间的间距为0.88λ1，其中，λ1为所述发射天线单元所发送信号的波长。

8.如权利要求7所述的天线，其特征在于，所述接收天线单元之间的间距为0.58λ2，其中，λ2为所述接收天线单元所发送信号的波长。

9.如权利要求1～5任一项所述的天线，其特征在于，所述收发分离式平板阵列天线的长*宽*高的取值不大于370mm*370mm*30mm。

Images