CN217363071U - 一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端 - Google Patents

Abstract

本申请涉及相控阵天线技术领域，公开了一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，该射频接收前端包括天线模块以及与天线模块连接的接收前端模块，所述天线模块包括双圆极化天线阵列，接收前端模块包括一个90°电桥、两个低噪声放大器以及两个切换开关，所述双圆极化天线阵列为双馈电点，通过馈线分别与两个低噪声放大器连接，两个低噪声放大器的输出端口分别与90°电桥的直通端和耦合端连接，所述90°电桥的输出端和隔离端分别与两个切换开关连接。本申请突破了现有的传统架构方案，将低噪声放大器设置在天线模块与90°电桥之间，相较于现有技术，能够降低电桥对系统信噪比的影响，极大的改善系统的噪声指标。

Description

一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端

技术领域

本申请涉及相控阵天线技术领域，具体涉及一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端。

背景技术

相控天线阵列通常是指使用多个天线单元和移相单元来发射和接收RF信号的通信系统，通过改变阵列内部的不同通道信号的相位配置来实现对不同主瓣波束的调整。与单天线系统相比，相控天线阵列具有高增益、方向可控和可同时通信等许多优点。因此，相控天线阵列技术在车辆自动驾驶、车载雷达收发系统、地理勘探测量和智能家居等方面均有广阔的应用前景。

在相控天线阵列中，天线单元之间的间隔与射频信号的波长相关，通常为波长的一半。随着射频系统工作频率的提高，射频信号的波长越来越短，阵列中各天线之间的间隔随之减小。例如在20GHz到60GHz的频段，其波长为5mm到15mm，相对应相控阵的天线则需要在2.5mm到7.5mm的范围内彼此间隔开，这就对与天线相连的发射和接收模块的体积和实现形式提出了更高的要求。

在移动通信系统中，多径衰减和共信道干扰都会恶化系统的信噪比，从而影响信道容量。常采用的提高信道容量的办法是利用分集技术提高信道间的隔离度，减小干扰信号的影响。极化分集作为分集技术的一种，指一套天线系统中同时包含两种极化天线（分为圆极化和线极化两种方式，圆极化可细分为左旋圆极化和右旋圆极化，线极化可细分为垂直极化V和水平极化H），能够独立发射和接收两个极化方向的电磁波。极化分集技术能够有效地利用电磁波的空间自由度，提高频谱的利用率和系统的抗干扰能力，使系统性能得到极大提高。同时相对于空间分集，极化分集技术实现的天线尺寸排布更紧凑，空间利用率更高，更有利于轻量化小型化便携化的发展趋势。因此随着通信频率的提高和毫米波5G技术的进一步推广，如何更好地实现相控阵天线的极化收发，具有越来越重要的研究价值。

在圆极化射频接收前端系统中，通常是由天线的双馈点连接90°电桥，电桥的另一边两个端口分别连接一个低噪声放大器（LNA），通过切换不同LNA的通断来实现左旋和右旋极化的信号接收。圆极化天线与90°采用多层板来实现，电桥的输出端口与LNA输入端口级联。这种架构下，天线接收到的信号要先经过90°电桥再到LNA进行放大处理，90°电桥的损耗会直接抬高系统的信噪比，影响接收前端的灵敏度，同时受限于天线PCB板加工工艺，整个相控阵天线的通道一致性并不好，校准难度加大，此外，该种架构将天线单元和90°电桥通过多层PCB板来实现，PCB板的层数较多，增加了加工难度和制造成本。

例如，现有技术中公开号CN 215418593 U，公开日为2022年01月04日，发明名称为“宽波束高增益便携式S波段双圆极化有源天线”的实用新型专利，以及公开号为CN215266666 U，公开日为2021年12月21日，发明名称为“一种低剖面宽频带双圆极化相控阵天线系统”实用新型专利。上述两个现有技术所记载的技术方案都是传统的架构，即本申请的背景部分，该接收前端系统的结构会直接抬高系统的信噪比，影响接收前端的灵敏度。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本申请提供了一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，突破了现有的传统架构方案，能够降低电桥对系统信噪比的影响，极大的改善系统的噪声指标。

为了实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：

一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，包括天线模块以及与天线模块连接的接收前端模块，所述天线模块包括双圆极化天线阵列，接收前端模块包括一个90°电桥、两个低噪声放大器以及两个切换开关，所述双圆极化天线阵列为双馈电点，两个馈电点通过馈线分别与两个低噪声放大器连接，两个低噪声放大器的输出端口分别与90°电桥的直通端和耦合端连接，所述90°电桥的输出端和隔离端分别与两个切换开关连接。

进一步地，所述低噪声放大器、90°电桥以及切换开关集成在MMIC芯片上。

进一步地，所述双圆极化天线阵列设置在PCB板上。

进一步地，所述90°电桥采用朗格耦合器。

进一步地，所述双馈电点为两个相位差为90°或-90°的馈电点。

进一步地，所述双圆极化天线阵列包括多个天线单元，天线单元包括介质层和辐射层，辐射层上设置有双馈电点。

本申请的有益效果：

（1）本申请设计了一种全新的射频前端接收架构，将低噪声放大器设置在天线模块与90°电桥之间，相较于现有技术，本申请有效降低了系统的信噪比，极大的改善了系统的噪声指标；进一步地，本申请还在90°电桥的输出端口设计了切换开关，用于满足两个端口信号导通或者级联负载的需求，实现了天线的极化切换。

（2）本申请中，圆极化天线设置在PCB板上，而低噪声放大器、90°电桥、切换开关以及负载均集成在MMIC芯片上，相较于现有技术，采用片上集成方式实现的90°电桥，其几何尺寸、精度以及一致性均优于PCB板，因此，更有利于实现大规模结构的天线阵列，从而降低整体系统的制造成本。

附图说明

本申请的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本申请可极化切换的双圆极化射频接收前端结构示意图；

图2为本申请的实施例方案原理示意图。

附图中：

1、天线模块；2、接收前端模块；11、双圆极化天线阵列；21、90°电桥；22、低噪声放大器；23、切换开关。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将通过几个具体的实施例来进一步说明实现本申请发明目的的技术方案，需要说明的是，本申请要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本实施例公开了一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，参照说明书附图2所示， 所述射频接收前端包括天线模块1和接收前端模块2，天线模块1为PCB板制作的双圆极化天线阵列11；所述接收前端模块2包括两个结构相同的低噪声放大器22（低噪声放大器LNA1和低噪声放大器LNA2）、一个朗格耦合器（90°电桥的一种实现形式）、两个结构相同的切换开关23（切换开关SW1和切换开关SW2）、负载以及选择性地附加元件等，例如耦合至晶体管的微带线、电感器、电容器或电阻器。

进一步地，所述90°电桥21、两个低噪声放大器22、以及两个切换开关23均集成在MMIC芯片上。

进一步地，所述双馈电点为两个相位差为90°或-90°的馈电点。

进一步地，所述双圆极化天线阵列11由多个天线单元构成，天线单元包括介质层和辐射层，双馈电点设置在辐射层上。

射频接收前端工作时，通过选择性地切换切换开关SW1和切换开关SW2，最终实现Rx_out端口接收左旋圆极化信号或右旋圆极化信号。

射频前端系统接收左旋圆极化信号时，开关SW1连接Rx_out端口，开关SW2连接负载。双圆极化天线阵列的馈点1连接低噪声放大器LNA1的输入端，LNA1的输出端连接朗格耦合器的端口2；双圆极化天线阵列的馈点2连接低噪声放大器LNA2的输入端，LNA2的输出端连接朗格耦合器的端口3；端口2和端口3接收到的信号通过耦合器耦合到端口1，再经由开关SW1连接输出端口Rx_out。此时朗格耦合器的端口2为直通端，端口3为耦合端，端口1为输出端，端口4为隔离端。此时端口3接收到的信号相位超前端口2相位90°，即为接收左旋圆极化信号。

射频前端系统接收右旋圆极化信号时，开关SW1连接负载，开关SW2连接Rx_out端口。双圆极化天线阵列的馈点1连接低噪声放大器LNA1的输入端，LNA1的输出端连接朗格耦合器的端口2；双圆极化天线阵列的馈点2连接低噪声放大器LNA2的输入端，LNA2的输出端连接朗格耦合器的端口3；端口2和端口3接收到的信号通过耦合器耦合到端口4，再经由开关SW2连接输出端口Rx_out。此时朗格耦合器的端口3为直通端，端口2为耦合端，端口4为输出端，端口1为隔离端。此时端口3接收到的信号相位滞后端口2相位90°，即为接收右旋圆极化信号。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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申请中的具体含义。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式上的限制，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，其特征在于：包括天线模块（1）以及与天线模块（1）连接的接收前端模块（2），所述天线模块（1）包括双圆极化天线阵列（11），接收前端模块（2）包括一个90°电桥（21）、两个低噪声放大器（22）以及两个切换开关（23），所述双圆极化天线阵列（11）为双馈电点，两个馈电点通过馈线分别与两个低噪声放大器（22）连接，两个低噪声放大器（22）的输出端口分别与90°电桥（21）的直通端和耦合端连接，所述90°电桥（21）的输出端和隔离端分别与两个切换开关（23）连接。

2.根据权利要求1所述的一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，其特征在于：所述低噪声放大器（22）、90°电桥（21）以及切换开关（23）集成在MMIC芯片上。

3.根据权利要求1所述的一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，其特征在于：所述双圆极化天线阵列（11）设置在PCB板上。

4.根据权利要求1所述的一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，其特征在于：所述90°电桥（21）采用朗格耦合器。

5.根据权利要求1所述的一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，其特征在于：所述双馈电点为两个相位差为90°或-90°的馈电点。

6.根据权利要求 1所述的一种可极化切换的双圆极化天线射频接收前端，其特征在于：所述双圆极化天线阵列（11）包括多个天线单元，天线单元包括介质层和辐射层，辐射层上设置有双馈电点。

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