CN206134947U - 毫米波相控阵天线及天线设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种毫米波相控阵天线及天线设备，以解决现有技术中存在的毫米波天线通过改变两个反射面的机械位置以调整焦点的空间位置时导致焦点调整的响应速度慢、调整精度低的技术问题。所述毫米波相控阵天线包括用于生成及辐射毫米波信号的馈源和至少两个调整组件；每个调整组件均包括反射单元、接地单元、偏置电压单元和具有液晶分子层的液晶单元，反射单元和接地单元分别设置在液晶分子层的两侧，反射单元用于接收馈源所辐射的毫米波信号及用于反射波束；偏置电压单元的正极与反射单元连接、负极与接地单元连接，以使液晶分子层中的液晶分子的介电常数发生设定变化进而以使反射单元反射波束的相位值发生相应变化。

Description

毫米波相控阵天线及天线设备

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其是涉及一种毫米波相控阵天线及天线设备。

背景技术

随着新型的通信、雷达、射电天文学和遥控系统的发展，毫米波和亚毫米波的应用也日益广泛，其中包括远距离通信的局部配置、保密通信、精密雷达系统、气象监测和高灵敏度射电望远镜等，其都是利用毫米波的特性完成相应功能，任何毫米波系统的基本部分都是天线，该频段的天线均能以紧凑的体积实现高增益和高精确的指向性。传统的毫米波天线包括透镜天线和抛物面反射天线，其中，透镜天线是一种能够通过电磁波将点源或线源的球面波或柱面波转换为平面波从而获得笔形、扇形或其他形状波束的天线，通过设计合适的透镜表面形状和折射率，调节电磁波的相速以获得辐射口径上的平面波，从结构角度分析，即在振子或喇叭形辐射器前装有透镜，从而使辐射量集中成窄的射束。抛物面反射天线由抛物面反射器和设置其焦点处的馈源组成的面状天线，由馈源发出的球面电磁波经抛物面反射后，成方向性很强的平面波束向空间辐射，可以将无线信号直线发射到卫星或者其他抛物面接收天线。

由于透镜天线和抛物面反射天线一旦设计成型，则其焦点位置被唯一确定，实际使用中焦点无法可调导致诸多问题出现，因此，机械式双反射面天线应运而生，其通过机械调整两个反射面之间的相对位置关系实现调整焦点的空间位置的目的。

尽管机械式双反射天线能够在设定范围内调整焦点的空间位置，然而，由于该焦点空间位置是通过机械调整方式实现的，改变两个反射面之间的相对位置即为调整两个发射面的机械位置，调整机械位置所需要的调整周期长且调整精度低，即导致调整天线焦点的空间位置出现响应速度慢、调整精度低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种毫米波相控阵天线，以解决现有技术中存在的毫米波天线通过改变两个反射面的机械位置以调整焦点的空间位置时导致焦点调整的响应速度慢、调整精度低的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种毫米波相控阵天线，包括用于生成及辐射毫米波信号的馈源和至少两个调整组件；

每个调整组件均包括反射单元、接地单元、偏置电压单元和具有液晶分子层的液晶单元，反射单元和接地单元分别设置在液晶分子层的两侧，反射单元用于接收馈源所辐射的毫米波信号及用于反射波束；

偏置电压单元的正极与反射单元连接、负极与接地单元连接，以使液晶分子层中的液晶分子的介电常数发生设定变化进而以使反射单元反射波束的相位值发生相应变化。

作为上述技术方案的进一步改进，至少两个调整组件沿同一圆周方向均匀设置形成阵列环，馈源与阵列环的圆心相对设置。

作为上述技术方案的进一步改进，阵列环为多个，多个阵列环的圆心重合且多个阵列环在同一平面上依次间隔设置。

作为上述技术方案的进一步改进，阵列环为3个。

作为上述技术方案的进一步改进，液晶单元包括相对且间隔设置的两个聚合物涂层，液晶分子层设置两个聚合物涂层之间；

反射单元设置在其中一个涂层上背离液晶分子层的一侧，接地单元设置在另一个涂层上背离液晶分子层的一侧。

作为上述技术方案的进一步改进，液晶单元还包括相对且间隔设置的石英晶层和硅基层，两个聚合物涂层均设置石英晶层与硅基层之间；

反射单元的一端镶嵌入石英晶层中、另一端镶嵌入聚合物涂层中，接地单元设置硅基层与聚合物涂层之间。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括介质基板，阵列环设置在介质基板上，阵列环的圆心与介质基板的中心重合。

作为上述技术方案的进一步改进，馈源包括用于生成毫米波信号的功率单元和用于辐射毫米波信号的喇叭单元，喇叭单元的喇叭口与阵列环的圆心相对设置。

作为上述技术方案的进一步改进，馈源为可动设置且能够靠近或远离阵列环。

本实用新型提供的毫米波相控阵天线，其中的调整组件包括反射单元、接地单元、偏置电压单元和具有液晶分子层的液晶单元，反射单元和接地单元分别设置液晶分子层的两侧，反射单元用于接收馈源所辐射的毫米波信号及用于反射波束；偏置电压单元的正极与反射单元连接、负极与接地单元连接，以使液晶分子层中的液晶分子的介电常数发生设定变化进而以使反射单元所反射波束的相位值发生相应变化。具体地，馈源生成及辐射毫米波信号，反射单元接收馈源所辐射的毫米波信号，在反射单元将该毫米波信号以波束的形式反射出之前，通过调整偏置电压单元的偏置电压值使液晶分子层中的液晶分子的介电常数发生设定变化，即使得液晶分子的排列方向发生设定变化，一个偏置电压值对应设定的介电常数，换言之，一个偏置电压值对应一种液晶分子的排列方向，而液晶分子的排列方向的改变使得反射单元反射毫米波的相位值发生相应变化，从而达到快速且精确控制相位以调焦的目的。

本实用新型提供的毫米波相控阵天线，利用液晶分子层中液晶分子的排列方向的改变精确控制反射单元反射波束的相位值，其一，该控制过程中不存在机械位置的调整，仅仅通过电路改变液晶分子的排布方向即可实现调焦目的，其响应速度快，其二，一个偏置电压值对应一种液晶分子的排列方向，进而对应一个反射单元反射波束的相位值，偏置电压值调整到位，则反射单元反射波束的相位值对应到位，其调整精度高。因此，相比于现有技术，本实用新型提供的毫米波相控阵天线的焦点调整的响应速度快、调整精度高。

本实用新型的另一目的在于提供一种天线设备，该天线设备包括发射端和如上的毫米波相控阵天线；毫米波相控阵天线设置在发射端上。

上述天线设备相比于现有技术的有益效果，与上述毫米波相控阵天线相比于现有技术的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的毫米波相控阵天线的示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的毫米波相控阵天线的示意图二；

图3为图2中的调整组件的俯视图；

图4为图3的侧视图。

附图标记：

100-馈源；110-喇叭单元；120-功率单元；

200-反射天线阵列；210-调整组件；220-介质基板；230-阵列环；

211-反射单元；212-电压加载线；213-石英晶层；214-聚合物涂层；215-液晶分子层；216-接地单元；217-硅基层；218-偏置电压单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的毫米波相控阵天线的示意图一，图2为本实用新型实施例提供的毫米波相控阵天线的示意图二，图3为图2中的调整组件的俯视图，图4为图3的侧视图。请参阅图1至图4，本实施例提供的毫米波相控阵天线，包括用于生成及辐射毫米波信号的馈源100和至少两个调整组件210；每个调整组件210均包括反射单元211、接地单元216、偏置电压单元218和具有液晶分子层215的液晶单元，反射单元211和接地单元216分别设置在液晶分子层215的两侧，反射单元211用于接收馈源100所辐射的毫米波信号及用于反射波束；偏置电压单元218的正极与反射单元211连接、负极与接地单元216连接，以使液晶分子层215中的液晶分子的介电常数发生设定变化进而以使反射单元211反射波束的相位值发生相应变化。

本实用新型提供的毫米波相控阵天线，其中的调整组件包括反射单元、接地单元、偏置电压单元和具有液晶分子层的液晶单元，反射单元和接地单元分别设置液晶分子层的两侧，反射单元用于接收馈源所辐射的毫米波信号及用于反射波束；偏置电压单元的正极与反射单元连接、负极与接地单元连接，以使液晶分子层中的液晶分子的介电常数发生设定变化进而以使反射单元所反射波束的相位值发生相应变化。具体地，馈源生成及辐射毫米波信号，反射单元接收馈源所辐射的毫米波信号，在反射单元将该毫米波信号以波束的形式反射出之前，通过调整偏置电压单元的偏置电压值使液晶分子层中的液晶分子的介电常数发生设定变化，即使得液晶分子的排列方向发生设定变化，一个偏置电压值对应设定的介电常数，换言之，一个偏置电压值对应一种液晶分子的排列方向，而液晶分子的排列方向的改变使得反射单元反射毫米波的相位值发生相应变化，从而达到快速且精确控制相位以调焦的目的。

本实用新型提供的毫米波相控阵天线，利用液晶分子层中液晶分子的排列方向的改变精确控制反射单元反射波束的相位值，其一，该控制过程中不存在机械位置的调整，仅仅通过电路改变液晶分子的排布方向即可实现调焦目的，其响应速度快，其二，一个偏置电压值对应一种液晶分子的排列方向，进而对应一个反射单元反射波束的相位值，偏置电压值调整到位，则反射单元反射波束的相位值对应到位，其调整精度高。因此，相比于现有技术，本实用新型提供的毫米波相控阵天线的焦点调整的响应速度快、调整精度高。

作为上述技术方案的进一步改进，至少两个调整组件210沿同一圆周方向均匀设置形成阵列环230，馈源100与阵列环230的圆心相对设置，如此设置，以阵列环形式排布的调整组件中的反射单元的反射波束能够聚合为具有设定能量的波束，以满足使用场合的使用要求。

上述阵列环可为一个或多个，每一个阵列环均为至少两个调整组件沿同一圆周方向均匀设置形成，当该阵列环为多个时，多个阵列环的圆心重合，多个阵列环的直径大小由外向内依次减小，并且，优选地，相邻阵列环之间的间距相等。优选地，本实施例中，阵列环230为多个，多个阵列环230的圆心重合且多个阵列环230在同一平面上依次间隔设置。

优选地，本实施例中，阵列环230为3个，三个阵列环形成的区域大小合适，适用于多种场合。

具体地，实际使用中，阵列环的个数、单个阵列环中的调整组件的数目、相邻阵列环之间的间距大小及相邻调整组件之间的间距大小根据实际使用场合的使用要求进行设计，比如可根据调焦范围的指标需求计算得到。

作为上述技术方案的进一步改进，液晶单元包括相对且间隔设置的两个聚合物涂层214，液晶分子层215设置两个聚合物涂层214之间；反射单元211设置在其中一个聚合物涂层214上背离液晶分子层215的一侧，接地单元216设置在另一个聚合物涂层214上背离液晶分子层215的一侧，该两个聚合物涂层的设置用于约束液晶分子层中的液晶分子。

偏置电压单元218与反射单元211通过电压加载线212连接，偏置电压单元218与接地单元216通过电压加载线212连接。

进一步地，液晶单元还包括相对且间隔设置的石英晶层213和硅基层217，两个聚合物涂层214均设置石英晶层213与硅基层217之间；反射单元211的一端镶嵌入石英晶层213中、另一端镶嵌入聚合物涂层214中，接地单元216设置硅基层217与聚合物涂层214之间，石英晶层为透明层其设置以不影响反射单元的反射功能为准。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括介质基板220，阵列环230设置在介质基板220上，阵列环230的圆心与介质基220板的中心重合，介质基板作为阵列环的固定基体以起支撑作用，优选的，介质基板为圆形板或者方形板。

当阵列环为多个时，介质基板的设置，以便于使多个阵列环位于同一平面上，当然，多个阵列环位于不同的平面上也是可选的。

优选地，馈源100包括用于生成毫米波信号的功率单元120和用于辐射毫米波信号的喇叭单元110，喇叭单元110的喇叭口与阵列环230的圆心相对设置，以便于反射单元接收馈源所辐射的毫米波信号。

介质基板220和至少两个调整组件210构成反射天线阵列200，该反射天线阵列200与馈源100相对设置。

优选地，馈源100为可动设置且能够靠近或远离阵列环230，以便于灵活调整馈源与阵列环的相对位置，进一步调高天线焦点的调整精确度。

本实用新型的另一目的在于提供一种天线设备，该天线设备包括发射端和如上的毫米波相控阵天线；毫米波相控阵天线设置在发射端上。

上述天线设备相比于现有技术的有益效果，与上述毫米波相控阵天线相比于现有技术的有益效果相同，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种毫米波相控阵天线，其特征在于，包括用于生成及辐射毫米波信号的馈源和至少两个调整组件；

每个所述调整组件均包括反射单元、接地单元、偏置电压单元和具有液晶分子层的液晶单元，所述反射单元和所述接地单元分别设置在所述液晶分子层的两侧，所述反射单元用于接收所述馈源所辐射的毫米波信号及用于反射波束；

所述偏置电压单元的正极与所述反射单元连接、负极与所述接地单元连接，以使所述液晶分子层中的液晶分子的介电常数发生设定变化进而以使所述反射单元反射波束的相位值发生相应变化。

2.根据权利要求1所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，至少两个所述调整组件沿同一圆周方向均匀设置形成阵列环，所述馈源与所述阵列环的圆心相对设置。

3.根据权利要求2所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述阵列环为多个，多个所述阵列环的圆心重合且多个所述阵列环在同一平面上依次间隔设置。

4.根据权利要求3所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述阵列环为3个。

5.根据权利要求1所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述液晶单元包括相对且间隔设置的两个聚合物涂层，所述液晶分子层设置两个所述聚合物涂层之间；

所述反射单元设置在其中一个所述聚合物涂层上背离所述液晶分子层的一侧，所述接地单元设置在另一个聚合物涂层上背离所述液晶分子层的一侧。

6.根据权利要求5所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述液晶单元还包括相对且间隔设置的石英晶层和硅基层，两个所述聚合物涂层均设置在所述石英晶层与所述硅基层之间；

所述反射单元的一端镶嵌入所述石英晶层中、另一端镶嵌入所述聚合物涂层中，所述接地单元设置在所述硅基层与所述聚合物涂层之间。

7.根据权利要求2所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，还包括介质基板，所述阵列环设置在所述介质基板上，所述阵列环的圆心与所述介质基板的中心重合。

8.根据权利要求2所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述馈源包括用于生成毫米波信号的功率单元和用于辐射毫米波信号的喇叭单元，所述喇叭单元的喇叭口与所述阵列环的圆心相对设置。

9.根据权利要求8所述的毫米波相控阵天线，其特征在于，所述馈源为可动设置且能够靠近或远离所述阵列环。

10.一种天线设备，包括发射端，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的毫米波相控阵天线；

所述毫米波相控阵天线设置在所述发射端上。