CN117353008A - 一种多维波束扫描相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线技术领域，公开了一种多维波束扫描相控阵天线。该多维波束扫描相控阵天线包括：介质基板、设置于所述介质基板背部的金属地板、设置于所述介质基板上的天线阵以及设置于所述金属地板上且与所述天线阵连接的多个相控馈电网络；所述天线阵包括多组天线子阵，多组所述天线子阵呈中心对称的平面网格式分布且共用同一个阵元中心；多个所述相控馈电网络呈中心对称分布于所述天线阵的周围，且与所述天线阵平行设置。通过上述方式，本发明能够实现多维度波束扫描功能，多组所述天线子阵通过共用同一个阵元中心能够简化多维天线阵的结构，进而减小体积，降低制造难度与加工成本，便于与系统集成。

Description

一种多维波束扫描相控阵天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种多维波束扫描相控阵天线。
背景技术
毫米波频段在5G无线通信系统中扮演着重要角色，毫米波多波束相控阵天线技术得到广泛关注。与传统的一维扫描相控阵天线相比，多维扫描相控阵天线可以提供更好的通用性、更宽的扫描范围、更快的数据传输速率、更大的数据容量与更高的分辨率。但多维扫描相控阵天线面临着其三维结构复杂，制造成本高昂，集成不方便、损耗高等诸多因素的挑战。并且相比于一维扫描，特别是在有更多波束数量需求的情况下，多维扫描特性显著增加了波束成形网络的复杂程度。因此考虑毫米波相控阵集成度、天线阵列高增益波束扫描、低复杂性与低成本问题，需要一种低成本、多维度波束扫描相控阵天线。
目前，低成本相控阵天线实现方法主要内容包括：“机-电”混合扫描天线阵、稀疏阵、液晶相控阵。(1)“机-电”混合扫描天线阵采用相控阵天线完成俯仰面扫描，一维机械伺服完成方位面扫描。通过减少相控阵天线中射频器件用量的策略来降低相控阵天线成本。但是该方法无法摆脱机械伺服，因此整个相控阵天线的可靠性和波束的扫描速度始终受限于机械部分的性能。(2)稀疏矩阵通过减小有源单元的数量是降低成本。但是对阵面的稀疏化也将导致口径效率的降低，从而导致阵列增益的下降，最终导致天线G/T和等效全向辐射功率(EIRP)的恶化。(3)液晶材料相控阵是利用低成本材料代替成本昂贵的III-V族MMIC芯片实现相控阵天线的幅相控制功能。目前，对于无源多波束天线而言，实现多维扫描相控阵的主要方法为多维波束成形网络的设计。无源波束成形网络是实现先进移动通信网络的关键之一，也是实现相控阵天线技术的重点。波束成形网络的实现主要包括：(1)巴特勒矩阵；(2)反射镜透镜；(3)罗特曼透镜等。
传统的多维扫描特性的相控阵天线通过对一维巴特勒矩阵改进的拓扑结构，即在空间上联结两个巴特勒矩阵，但是它们存在复杂的空间架构与庞大的尺寸的问题。为了解决以上问题，可以采用采用单层或多层巴特勒矩阵的平面设计。然而，现阶段的多维扫描相控阵天线因为无源波束成形网络的设计而导致体积太过庞大，并且增大了加工制造难度与制造成本。因此，在相控阵天线实现多维扫描功能的同时，需要提高波束的扫描范围，同时在工程上需要满足易加工、成本低、便于系统集成。
发明内容
本发明提供一种多维波束扫描相控阵天线，能够实现多维度波束扫描功能，降低制造难度与加工成本，便于与系统集成。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多维波束扫描相控阵天线，包括：介质基板、设置于所述介质基板背部的金属地板、设置于所述介质基板上的天线阵以及设置于所述金属地板上且与所述天线阵连接的多个相控馈电网络；所述天线阵包括多组天线子阵，多组所述天线子阵呈中心对称的平面网格式分布且共用同一个阵元中心；多个所述相控馈电网络呈中心对称分布于所述天线阵的周围，且与所述天线阵平行设置。
根据本发明的一个实施例，各所述天线子阵的尺寸相同或不同，所述天线子阵的数量和形状可调。
根据本发明的一个实施例，各所述天线子阵包括位于所述天线阵中心的多个第一贴片、位于所述天线阵边缘的多个第二贴片以及连接所述第一贴片和所述第二贴片的串联馈电网络，多个所述第一贴片呈中心对称分布且间隔相同以形成所述阵元中心。
根据本发明的一个实施例，所述第一贴片为中心对称结构，所述第一贴片的各边缘均通过所述串联馈电网络连接；多个所述第二贴片间隔分布并通过所述串联馈电网络连接。
根据本发明的一个实施例，所述第一贴片和所述第二贴片的尺寸相同或不同，各所述第二贴片的尺寸相同，所述第一贴片和所述第二贴片的数量和形状可调。
根据本发明的一个实施例，各所述相控馈电网络为单层平面对称结构。
根据本发明的一个实施例，一个所述相控馈电网络包括多个分别与所述天线子阵的输入端口相连的输出端口，同一个相控馈电网络上各所述输出端口的间距相同且与所述天线子阵之间的行间距和列间距均相同。
根据本发明的一个实施例，同一个所述相控馈电网络的不同输出端口所产生的波束数量与对应的所述相控馈电网络的输出端口数量相同。
根据本发明的一个实施例，同一个所述相控馈电网络的不同输出端口所产生的波束指向角不同；在同一所述天线子阵上，平行且中心对称分布的两个相控馈电网络的输出端口所产生的波束指向角不同；正交方向上对应位置的所述相控馈电网络的输出端口所产生的波束指向角不同。
根据本发明的一个实施例，所述相控阵馈电网络由巴特勒矩阵、诺伦矩阵、罗曼透镜中的其中一种构成。
本发明的有益效果是：多维波束扫描相控阵天线包括介质基板、设置于所述介质基板上的天线阵以及与所述天线阵连接的多个相控馈电网络；所述天线阵包括多组天线子阵，多组所述天线子阵呈中心对称的平面网格式分布且共用同一个阵元中心；各所述相控馈电网络为单层平面对称结构，能够实现多维度波束扫描功能，多组所述天线子阵通过共用同一个阵元中心能够简化多维天线阵的结构，进而减小体积，降低制造难度与加工成本，便于与系统集成。
附图说明
图1是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线的正面结构示意图；
图2是本发明一实施例的天线阵的结构示意图；
图3是本发明第一实施例的多维波束扫描相控阵天线的背面结构示意图；
图4是本发明一实施例的相控馈电网络的结构示意图；
图5是本发明第一实施例的多维波束扫描相控阵天线的S参数与频率的变化曲线示意图；
图6是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+Y方向一侧的其中一个输入端口馈电，且theta＝-19.6°时增益图；
图7是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+Y方向一侧的另一个输入端口馈电，且theta＝-45.6°时增益图；
图8是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+Y方向一侧的另一个输入端口馈电，且theta＝-45.6°时增益图；
图9是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+Y方向一侧的另一个输入端口馈电，且theta＝-19.6°时增益图；
图10是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+X方向一侧的其中一个输入端口馈电，且phi＝43°时增益图；
图11是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+X方向一侧的另一个输入端口馈电，且phi＝65°时增益图；
图12是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+X方向一侧的另一个输入端口馈电，且phi＝65°时增益图；
图13是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在+X方向一侧的另一个输入端口馈电，且phi＝43°时增益图；
图14是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-Y方向一侧的其中一个输入端口馈电，且theta＝19.6°时增益图；
图15是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-Y方向一侧的另一个输入端口馈电，且theta＝45.6°时增益图；
图16是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-Y方向一侧的另一个输入端口馈电，且theta＝45.6°时增益图；
图17是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-Y方向一侧的另一个输入端口馈电，且theta＝19.6°时增益图；
图18是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-X方向一侧的其中一个输入端口馈电，且phi＝-47°时增益图；
图19是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-X方向一侧的另一个输入端口馈电，且phi＝-25°时增益图；
图20是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-X方向一侧的另一个输入端口馈电，且phi＝-25°时增益图；
图21是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线在-X方向一侧的另一个输入端口馈电，且phi＝-47°时增益图。
附图中各标号的含义为：
100-多维波束扫描相控阵天线；10-介质基板；20-金属地板；30-天线阵；31-天线子阵；301-第一天线子阵；302-第二天线子阵；303-阵元中心；311-第一贴片；312-第二贴片；313-串联馈电网络；40-相控馈电网络；401-耦合器；402-移相器；403-交叉电桥；404-介质集成波导与波导的转换结构；405-波导法兰盘。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1是本发明一实施例的多维波束扫描相控阵天线的结构示意图。请参见图1，该多维波束扫描相控阵天线100适用于无线通信的天线设计，尤其适用于5G无线通信的天线设计。其包括：介质基板10、设置于介质基板10背部的金属地板20、设置于介质基板10上的天线阵30以及设置于金属地板20上且与天线阵30连接的多个相控馈电网络40。其中，天线阵30包括多组天线子阵31，多组天线子阵31呈中心对称的平面网格式分布且共用同一个阵元中心303。多个相控馈电网络40呈中心对称分布于天线阵30的周围，且与天线阵30的位置平行设置。该多维波束扫描相控阵天线100能够实现多维度波束扫描功能，多组天线子阵31通过共用同一个阵元中心303能够简化天线阵30的结构，进而减小体积，降低制造难度与加工成本，便于与系统集成。
在一种可实现的实施方式中，各天线子阵31的尺寸可以相同或不同，天线子阵31的数量可以根据所需的阵元面积、增益以及功能等进行调整，以实现多维波束扫描相控阵天线100的高分辨率、扫描角度大和多维扫描的功能，满足不同场景下不同天线阵列的功能需求。该实施例中，天线阵30至少包含4个天线子阵31，以满足二维相控功能。示例性地，如图1所示，天线阵30包含4个尺寸相同且等间距分布的第一天线子阵301和4个尺寸相同且等间距分布的第二天线子阵302，第一天线子阵301和第二天线子阵302的尺寸相同且相互交错，以形成中心对称的平面网格式分布且共用同一个阵元中心303。相互交错可以是相互垂直相交，也可以是呈一定角度相交。示例性地，第一天线子阵301和第二天线子阵302相互垂直相交，假设，第一天线子阵301沿X轴方向延伸，第二天线子阵302沿Y轴方向延伸，则第一天线子阵301的两个末端具有对应+X方向的输入端口以及对应-X方向的输入端口，第二天线子阵302的两个末端具有对应+Y方向的输入端口以及对应-Y轴方向的输入端口。
在一种可实现的实施方式中，请参见图2，各天线子阵31包括位于天线阵30中心的多个第一贴片311、位于天线阵30边缘的多个第二贴片312以及连接第一贴片311和第二贴片312的串联馈电网络313。多个第一贴片311呈中心对称分布且间隔相同以形成阵元中心303。其中，第一贴片311可以为金属贴片，第二贴片312可以为匹配贴片。
在一种可实现的实施方式中，阵元中心303的形状包括但不限于方形、多边形、圆形等中心对称形状，阵元中心的形状不同，其功能也不同。进一步的，第一贴片311为中心对称结构，第一贴片311的形状包括但限于方形、多边形、圆形等中心对称形状，第一贴片311的形状不同，其功能也不同。通过改变第一贴片311的形状，能够实现多维波束扫描相控阵天线100的高分辨率、扫描角度大和多维扫描的功能，满足不同场景下不同天线阵列的功能需求。第一贴片311的各边缘均通过串联馈电网络313连接，多个第二贴片312间隔分布并通过串联馈电网络313连接。示例性地，请参见图2，第一贴片311的形状为正方形，第一贴片311的4条边缘中心对称分布4个串联馈电网络313。示例性地，当第一贴片311的形状为六边形，第一贴片311的6条边缘中心对称分布6个串联馈电网络313。天线阵30为中心对称结构，使得每个天线子阵31共用同M个中心对称的第一贴片311，简化天线阵30的第一贴片311的数量，从而减小天线阵30的体积，降低制造难度与加工成本，便于与系统集成。进一步的，第一贴片311和第二贴片312的数量可以根据增益大小调整，一般情况下，增益越大，第一贴片311和第二贴片312的数量越多。通过改变第一贴片311和第二贴片312的数量，能够实现多维波束扫描相控阵天线100的高分辨率、扫描角度大和多维扫描的功能，满足不同场景下不同天线阵列的功能需求。
第一贴片311和第二贴片312的尺寸相同或不同，各第二贴片312的尺寸相同，其中，第一贴片311的尺寸可以根据天线子阵31的端口的阻抗性能进行调节，以实现带宽最大。
上述实施方式通过改变天线阵30的第一贴片311的尺寸、形状以及数量中的一个或多个，能够实现多维波束扫描相控阵天线100的高分辨率、扫描角度大和多维扫描的功能，满足不同场景下不同天线阵列的功能需求。
在一种可实现的实施方式中，请参见图1和图3，相控馈电网络40为单层平面对称结构，多个相控馈电网络40呈中心对称分布于天线阵30的周围，相比于现有的多维波束扫描相控阵天线，制造成本低，制造周期短，加工难度低，便于与系统集成。
在一种可实现的实施方式中，一个相控馈电网络40包括多个分别与天线子阵31的输入端口相连的输出端口，各输出端口的间距相同且与天线子阵31之间的行间距和列间距均相同。一个相控馈电网络40所包含的输出端口数量与天线子阵31在同一方向上的输入端口数量相同，一个相控馈电网络40所包含的输出端口数量一般为2n，n为大于1的整数。示例性地，如图1和图3所示，天线阵30在正交的4个方向上分别有4个输入端口，相控馈电网络40设置有4个，呈正交对称反向分布，一个相控馈电网络40对应一个方向上的输入端口对应设置4个输出端口，同一个相控馈电网络40上的各输出端口的间距相同且与天线子阵31之间的行间距和列间距均相同。进一步的，同一个相控馈电网络40的每个输出端口都能使得天线阵30产生独立位置的波束。同一个相控馈电网络40的不同输出端口产生波束的数量与对应的相控馈电网络40的输出端口的数量一致。同一个相控馈电网络40的不同输出端口所产生的波束指向角不同。在同一天线子阵31上，平行且中心对称分布的两个相控馈电网络40的输出端口产生的波束指向角不同。正交方向上对应位置的相控馈电网络40的输入端口产生的波束指向角不同。根据相控馈电网络40的输出端口数量，可以选择所需的波束数量。该实施例通过设置不同的相控馈电网络40，可以满足不同的波束成形需求。
在一种可实现的实施方式中，相控阵馈电网络40由巴特勒矩阵、诺伦矩阵、罗曼透镜中的其中一种构成。相控阵馈电网络40具有可拓展性，可通过改变相控馈电网络40的结构，对其输出端口信号的相位与振幅进行加权处理，以得到产品所需的波束扫描性能。
示例性地，相控馈电网络40由M×M巴特勒矩阵构成。请参见图4，相控馈电网络40包括耦合器401、移相器402、交叉电桥403、介质集成波导与波导转换结构404和波导法兰盘405。M×M巴特勒矩阵的每个接口与平行位置的天线子阵31对应的输入端口连接。例如，第一贴片311为正方形的天线阵30分布于X轴和Y轴，4个M×M的巴特勒矩阵分布在+X、-X、+Y、-Y轴上并与天线子阵31的输入端口对应连接。天线子阵31的两末端分别由2个巴特勒矩阵的2个接口馈电，在于天线子阵31平行方向上形成对称分布的两个波束指向，1个巴特勒矩阵控制与之连接的天线子阵31在垂直方向上形成不同波束指向。因此，2个中心对称分布的巴特勒矩阵能够控制同一个天线子阵31在垂直方向和水平方向上的波束指向。即每个巴特勒矩阵的接口控制一个维度天线阵30的波束进行扫描，，中心对称分布的M个巴特勒矩阵能够实现多维度波束扫描功能。进一步的，相控阵馈电网络40通过同轴线与开关矩阵连接，实现波束控制。该实施例的相控阵馈电网络40包括但不限于巴特勒矩阵，也可以诺伦矩阵，罗曼透镜等。且相控阵馈电网络40不限于基片集成波导结构，也可以微带结构、波导等结构。
利用电磁仿真软件对图1所示的多维波束扫描相控阵天线100进行建模仿真，多维波束扫描相控阵天线100的S参数与频率的变化曲线如图5所示，S11和S12分别为+Y方向一侧的两个不同的输入端口馈电时，S参数与频率的变化曲线，在中心频率为60GHz时的-10dB带宽为9GHz，覆盖了55.6GHz-64.6GHz的频带范围，该多维波束扫描相控阵天线100在中心频率为60GHz。
本发明实施例的多维波束扫描相控阵天线100在不同输入端口馈电时，不同波束指向角的增益性能如表1所示：
表1为多维波束扫描相控阵天线100在不同输入端口馈电时，不同波束指向角的增益性能。
如图6-图9所示，分别在+Y方向一侧的4个输入端口馈电，如图6所示，当输入端口1馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(47°，-19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°，其中，phi为方位角，theta为俯仰角。如图7所示，当输入端口2馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-65°，-45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图8所示，当输入端口3馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(25°，-45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图9所示，当输入端口4馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-43°，-19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°。
如图10-图13所示，分别在+X方向一侧的4个输入端口馈电，如图10所示，当输入端口5馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(43°，19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°。如图11所示，当输入端口6馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(65°，-45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图12所示，当输入端口7馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(65°，45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图13所示，当输入端口8馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(43°，-19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°。
如图14-图17所示，分别在-Y方向一侧的4个输入端口馈电，如图14所示，当输入端口9馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-43°，19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°。如图15所示，当输入端口10馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(25°，45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图16所示，当输入端口11馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-65°，45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图17所示，当输入端口12馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(47°，19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°。
如图18-图21所示，分别在-X方向一侧的4个输入端口馈电，如图18所示，当输入端口13馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-47°，-19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°。如图19所示，当输入端口14馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-25°，45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图20所示，当输入端口15馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-25°，-45.6°)时，增益为18.9dBi，半功率波瓣宽度为12°。如图21所示，当输入端口16馈电，多维波束扫描相控阵天线100波束指向角(phi，theta)为(-47°，19.6°)时，增益为20.5dBi，半功率波瓣宽度为36.1°。由图5-图21的数据可知，本发明实施例的一种多维波束扫描相控阵天线100通过切换不同端口的工作时，可以实现多维度波束扫描功能。
本发明实施例的多维波束扫描相控阵天线100具有多维波束扫描、低成本、易加工、便于系统集成等特点，通过设置不同的相控馈电网络40，可以满足不同的波束成形需求；通过设置贴片天线阵的形状、数量和尺寸等，增加天线阵30增益，实现不同场景下不同天线阵30的功能；通过设置单层平面结构以及满足多维波束扫描的相控阵天线，能够在不同应用场景下满足各种需求，具备可拓展性与灵活性。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，包括：介质基板、设置于所述介质基板背部的金属地板、设置于所述介质基板上的天线阵以及设置于所述金属地板上且与所述天线阵连接的多个相控馈电网络；所述天线阵包括多组天线子阵，多组所述天线子阵呈中心对称的平面网格式分布且共用同一个阵元中心；多个所述相控馈电网络呈中心对称分布于所述天线阵的周围，且与所述天线阵平行设置。
2.根据权利要求1所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，各所述天线子阵的尺寸相同或不同，所述天线子阵的数量和形状可调。
3.根据权利要求1所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，各所述天线子阵包括位于所述天线阵中心的多个第一贴片、位于所述天线阵边缘的多个第二贴片以及连接所述第一贴片和所述第二贴片的串联馈电网络，多个所述第一贴片呈中心对称分布且间隔相同以形成所述阵元中心。
4.根据权利要求3所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，所述第一贴片为中心对称结构，所述第一贴片的各边缘均通过所述串联馈电网络连接；多个所述第二贴片间隔分布并通过所述串联馈电网络连接。
5.根据权利要求3所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，所述第一贴片和所述第二贴片的尺寸相同或不同，各所述第二贴片的尺寸相同，所述第一贴片和所述第二贴片的数量和形状可调。
6.根据权利要求1所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，各所述相控馈电网络为单层平面对称结构。
7.根据权利要求6所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，一个所述相控馈电网络包括多个分别与所述天线子阵的输入端口相连的输出端口，同一个相控馈电网络上各所述输出端口的间距相同且与所述天线子阵之间的行间距和列间距均相同。
8.根据权利要求7所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，同一个所述相控馈电网络的不同输出端口所产生的波束数量与对应的所述相控馈电网络的输出端口数量相同。
9.根据权利要求7所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，同一个所述相控馈电网络的不同输出端口所产生的波束指向角不同；在同一所述天线子阵上，平行且中心对称分布的两个相控馈电网络的输出端口所产生的波束指向角不同；正交方向上对应位置的所述相控馈电网络的输出端口所产生的波束指向角不同。
10.根据权利要求1所述的多维波束扫描相控阵天线，其特征在于，所述相控阵馈电网络由巴特勒矩阵、诺伦矩阵、罗曼透镜中的其中一种构成。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102385053A (zh) * 2010-09-01 2012-03-21 株式会社电装 具有包含多个天线单元的串联馈电阵列天线的雷达装置
CN106911011A (zh) * 2017-03-06 2017-06-30 东南大学 一种阵列天线结构及设计方法
CN109616778A (zh) * 2018-12-05 2019-04-12 东南大学 用于移动终端的毫米波无源多波束阵列装置及其实现方法
CN114024129A (zh) * 2021-10-12 2022-02-08 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种平衡式微带串馈阵列天线
US20220059950A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Two-Dimensional Planar and Crossover-Free Beamforming Network Architecture
US20230006356A1 (en) * 2020-03-13 2023-01-05 Dongwoo Fine-Chem Co., Ltd. Antenna device and display device including the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102385053A (zh) * 2010-09-01 2012-03-21 株式会社电装 具有包含多个天线单元的串联馈电阵列天线的雷达装置
CN106911011A (zh) * 2017-03-06 2017-06-30 东南大学 一种阵列天线结构及设计方法
CN109616778A (zh) * 2018-12-05 2019-04-12 东南大学 用于移动终端的毫米波无源多波束阵列装置及其实现方法
US20230006356A1 (en) * 2020-03-13 2023-01-05 Dongwoo Fine-Chem Co., Ltd. Antenna device and display device including the same
US20220059950A1 (en) * 2020-08-21 2022-02-24 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Two-Dimensional Planar and Crossover-Free Beamforming Network Architecture
CN114024129A (zh) * 2021-10-12 2022-02-08 中国电子科技集团公司第二十九研究所 一种平衡式微带串馈阵列天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FIRAS ABDUL GHANI等: "A 28 GHz 2 × 2 Antenna Array with 10 Beams Using Passive SPDT Switch Beamforming Network", 《SENSOR》, 27 October 2021 (2021-10-27) *
JI-WEI LIAN等: "Planar Millimeter-Wave 2-D Beam-Scanning Multibeam Array Antenna Fed by Compact SIW Beam-Forming Network", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》, 25 January 2018 (2018-01-25) *
杜佑麟: "基于Butler矩阵的回溯天线阵研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》, 15 January 2023 (2023-01-15) *

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