CN220382308U - 一种毫米波天线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种毫米波天线系统，包括依次连接的天线接收/发射模块、信号转换模块、反馈网络模块、控制模块以及角度调节模块；角度调节模块包括第一反射板和第二反射板，第一反射板的一端边和第二反射板的一端边连接形成张开角度为θ的折角面，天线接收/发射模块放置在折角面上方的中间位置处，且第一反射板和第二反射板分别位于天线接收/发射模块的两侧；天线接收/发射模块发射或接收信号后，该信号通过信号转换模块后，通过反馈网络模块反馈到控制模块，通过控制模块控制角度调节模块改变毫米波天线的辐射方向和增益。本实用新型能实现增益的自适应调节，保证辐射天线增益高时，辐射范围覆盖减小；辐射天线增益低时，辐射范围覆盖增大。

Description

一种毫米波天线系统

技术领域

本实用新型涉及通讯技术领域，特别涉及一种毫米波天线系统。

背景技术

可重构天线是设计难点，天线的波束覆盖范围和增益指标是相互折中的指标，增益越高，波束覆盖范围越小；反之增益越小，则可实现更大的波束覆盖范围，有些场景下的信噪比足够，则需要牺牲一部分增益换取更大的覆盖范围，而有些场景下需要牺牲覆盖范围换取更高的增益从而保证不出现门限效应。

针对非相干解调技术，当输入信噪比低于一定值时，解调端输出的信噪比急剧恶化的现象叫做门限效应。相应的输入信噪比值称之为门限值，为避免门限效应，则需提高接收信号的强度，保证接收端解调输入端的信噪比高于门限值。

目前现有技术中，增益调节主要是通过芯片控制，需要从芯片端控制发射功率，这样的芯片成本高，设计难度大，且高发射功率时的功耗会显著增加。

有鉴于此，本实用新型确有必要提供一种新型的毫米波天线系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种毫米波天线系统，能够实现增益的自适应调节，从而保证辐射天线增益高时，辐射范围覆盖减小；辐射天线增益低时，辐射范围覆盖增大。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种毫米波天线系统，所述毫米波天线系统包括依次连接的天线接收/发射模块、信号转换模块、反馈网络模块、控制模块以及角度调节模块；所述角度调节模块包括第一反射板和第二反射板，所述第一反射板的一端边和第二反射板的一端边连接形成张开角度为θ的折角面，所述天线接收/发射模块放置在所述折角面上方的中间位置处，且所述第一反射板和第二反射板分别位于所述天线接收/发射模块的两侧；当所述天线接收/发射模块发射或接收信号后，该信号通过所述信号转换模块后，一部分信号通过所述反馈网络模块反馈到所述控制模块，通过所述控制模块控制所述角度调节模块改变毫米波天线的辐射方向和增益。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一反射板和所述第二反射板均配置为金属材质的反射板，所述天线接收/发射模块产生正向辐射电磁波后反射至所述第一反射板和所述第二反射板上形成反射电磁波，所述反射电磁波和所述正向辐射电磁波同相位进行叠加。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制模块包括串口或CAN口，通过所述串口或CAN口发送控制信号至所述角度调节模块，以控制所述角度调节模块的张开角度θ。

作为本实用新型的进一步改进，所述天线接收/发射模块产生正向辐射电磁波后反射至所述第一反射板和所述第二反射板上形成反射电磁波，所述反射电磁波随着所述张开角度θ的变化而变化。

作为本实用新型的进一步改进，所述信号较弱，所述控制模块控制所述角度调节模块减小所述张开角度θ；所述信号较强，所述控制模块控制所述角度调节模块增大所述张开角度θ。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一反射板和/或所述第二反射板的长度为L＝2λ，所述天线接收/发射模块与折角之间的距离为S＝0.3-0.4λ，其中，λ表示系统中心频点的自由空间波长。

作为本实用新型的进一步改进，所述张开角度θ的范围配置为60°～120°。

作为本实用新型的进一步改进，所述天线接收/发射模块包括介质基板和天线单元，所述天线单元设置在所述介质基板上，并与所述介质基板连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述天线单元配置为一个辐射天线或多个辐射天线组成的阵列天线。

作为本实用新型的进一步改进，所述辐射天线配置为贴片天线或偶极子天线。

本实用新型提供一种毫米波天线系统，所述毫米波天线系统包括依次连接的天线接收/发射模块、信号转换模块、反馈网络模块、控制模块以及角度调节模块；所述角度调节模块包括第一反射板和第二反射板，所述第一反射板的一端边和第二反射板的一端边连接形成张开角度为θ的折角面，所述天线接收/发射模块放置在所述折角面上方的中间位置处，且所述第一反射板和第二反射板分别位于所述天线接收/发射模块的两侧；当所述天线接收/发射模块发射或接收信号后，该信号通过所述信号转换模块后，一部分信号通过所述反馈网络模块反馈到所述控制模块，通过所述控制模块控制所述角度调节模块改变毫米波天线的辐射方向和增益。本实用新型的毫米波天线系统能够不需要芯片控制调节就可以实现增益的自适应调节，从而保证辐射天线增益高时，辐射范围覆盖减小；辐射天线增益低时，辐射范围覆盖增大，有效降低成本以及设计难度。

附图说明

图1为本实用新型的毫米波天线系统的工作框架图。

图2为本实用新型的毫米波天线系统的结构示意图。

图3为本实用新型的毫米波天线系统中天线接收/发射模块的三个实施例的结构示意图。

图4为图2中天线接收/发射模块中天线单元的S参数仿真结果图。

图5为图2中天线接收/发射模块中天线单元在26GHz频点处该天线单元的增益仿真3D图。

图6为图2中天线接收/发射模块中天线单元的增益可重构的仿真结果图。

其中，各附图标记说明如下：

天线接收/发射模块10，信号转换模块20，反馈网络模块30，控制模块40，角度调节模块50，第一反射板51，第二反射板52，介质基板11，天线单元12。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的毫米波天线系统作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如图1所示，本实用新型提供了一种毫米波天线系统，其包括依次连接的天线接收/发射模块10、信号转换模块20、反馈网络模块30、控制模块40以及角度调节模块50；所述角度调节模块50包括第一反射板51和第二反射板52，所述第一反射板51的一端边和第二反射板52的一端边连接形成张开角度为θ的折角面，所述天线接收/发射模块10放置在所述折角面上方的中间位置处，且所述第一反射板51和第二反射板52分别位于所述天线接收/发射模块10的两侧；当所述天线接收/发射模块10发射或接收信号后，该信号通过所述信号转换模块20后，一部分信号通过所述反馈网络模块30反馈到所述控制模块40，通过所述控制模块40控制所述角度调节模块50改变毫米波天线的辐射方向和增益。

优选地，本实用新型的信号转换模块20配置为射频收发器，控制模块40配置为MCU。也就是说，当毫米波天线单元发射或接收信号后，信号通过射频收发器，一部分信号通过反馈网络反馈到MCU，通过MCU控制角度调节模块50，角度调节模块50的调整可以改变毫米波天线的辐射方向图和增益，从而实现整个毫米波通信系统的增益可重构的效果。如此设置，本实用新型的毫米波天线系统能够不需要芯片控制调节就可以实现增益的自适应调节，从而保证辐射天线增益高时，辐射范围覆盖减小；辐射天线增益低时，辐射范围覆盖增大，有效降低成本以及设计难度。

优选地，所述第一反射板51和所述第二反射板52均配置为金属材质的反射板，所述天线接收/发射模块10产生正向辐射电磁波后反射至所述第一反射板51和所述第二反射板52上形成反射电磁波，所述反射电磁波和所述正向辐射电磁波同相位进行叠加。第一反射板51和第二反射板52选用金属材料是因为金属材质的反射板能够反射电磁波，从而使反射回的电磁波与正向辐射的电磁波同相位叠加，从而实现天线增益提升。

优选地，所述控制模块40包括串口或CAN口，通过所述串口或CAN口发送控制信号至所述角度调节模块50，以控制所述角度调节模块50的张开角度θ。所述天线接收/发射模块10产生正向辐射电磁波后反射至所述第一反射板51和所述第二反射板52上形成反射电磁波，所述反射电磁波随着所述张开角度θ的变化而变化。也就是说，当角度调节器的第一反射板51和第二反射板52之间的张开角度不同时，反射就会不同，如此就能够实现不同的增益和角度覆盖范围。

具体而言，当所述信号较弱，所述控制模块40控制所述角度调节模块50减小所述张开角度θ；当所述信号较强，所述控制模块40控制所述角度调节模块50增大所述张开角度θ。也就是说，第一反射板51和第二反射板52之间的张开角度发生变化就会引起天线增益变化，张开角度不同，那么反射就会不同，形成的前向叠加就不同，从而增益就不同。具体地，当天线的信号较弱时，需要减小张开角度，从而提高天线增益；当天线的信号较强时，则要增大张开角度，从而保证更宽的角度覆盖范围。如此也就能够实现增益的自适调节，避免了天线增益固定的通信方式的适应环境差的缺点。

本实用新型的毫米天线系统中的天线接收/发射模块10包括介质基板11和天线单元12，所述天线单元12设置在所述介质基板11上，并与所述介质基板11连接。所述天线单元12配置为一个辐射天线(如图3所示的天线单元12’)或多个辐射天线组成的阵列天线(如图3所示的天线单元12”或天线单元12”’)。所述辐射天线配置为贴片天线或偶极子天线。所述第一反射板51和/或所述第二反射板52的长度为L＝2λ，所述天线接收/发射模块10与折角之间的距离为S＝0.3-0.4λ，其中，λ表示系统中心频点的自由空间波长。如图2所示，给出了本实用新型的毫米波天线系统的结构示意图，以及天线增益调节的原理示意图，从图中可以看出，天线单元12位于介质基板11上，如图3所示，根据对系统增益的需求不同，可以设计一个辐射天线，也可以设计有多个辐射天线组成的阵列天线。天线单元12位于折角面上方的中间位置处。本实用新型为了实现24GHz附件的谐振，则L＝2λ。

本实用新型的毫米波天线系统实现增益和方向图可重构是通过角度调节模块50控制第一反射板51和第二反射板52的张开角度，张开角度不同时，可以对天线的后向辐射进行反射，从而重构天线单元/线阵的方向图，从而实现天线的方向图可重构，进而实现整体系统的方向图可重构。

如图3所示，给出了本实用新型中辐射天线配置为贴片天线(如图3中的天线接收/发射模块10’或10”)或偶极子天线(如图3中的天线接收/发射模块10”’)。当然，天线单元12也可以是其他类型的辐射单元，只要能够实现天线辐射性能的即可，于此不做过多限制。若是贴片天线，馈电方式可以是微带线侧馈，也可以是介质板背馈；若是偶极子天线，馈电方式可以是采用同轴馈电，也可以是采用微带线馈电。

为了能够清楚描述本实用新型的毫米波天线系统能够实现增益的自适应调节，从而保证辐射天线增益高时，辐射范围覆盖减小；辐射天线增益低时，辐射范围覆盖增大，有效降低成本以及设计难度。下面将以辐射天线为若干个贴片天线组成的阵列天线为例，进行反射系数仿真实验，并针对此进行增益可重构的仿真验证。

如图4所示，天线在23.2-27.6GHz实现了谐振，可以覆盖N258频段。此外，如图5中给出了26GHz频点处该天线单元12的增益仿真3D图，从图中可以看出，由于第一反射板51和第二反射板52的反射，天线的主辐射方向位于金属折角面的正前方，后向辐射能量较低。如图6所示，给出了该天线单元12的增益可重构的仿真结果。从图中可以看出，所述张开角度θ的范围配置为60°～120°，在此范围内变化时，毫米波天线单元的增益和方向图均发生变化，增益从9.7-8.0dBi范围内波动，天线的方向图形状也发生了变化。需要说明的是，经仿真实验表明，张开角度过大，那么对天线增益提升不明显，张开角度若是过小，那么对天线匹配产生影响，不能实现良好辐射。

综上所述，本实用新型提供一种毫米波天线系统，所述毫米波天线系统包括依次连接的天线接收/发射模块10、信号转换模块20、反馈网络模块30、控制模块40以及角度调节模块50；所述角度调节模块50包括第一反射板51和第二反射板52，所述第一反射板51的一端边和第二反射板52的一端边连接形成张开角度为θ的折角面，所述天线接收/发射模块10放置在所述折角面上方的中间位置处，且所述第一反射板51和第二反射板52分别位于所述天线接收/发射模块10的两侧；当所述天线接收/发射模块10发射或接收信号后，该信号通过所述信号转换模块20后，一部分信号通过所述反馈网络模块30反馈到所述控制模块40，通过所述控制模块40控制所述角度调节模块50改变毫米波天线的辐射方向和增益。也就是说，通过在接收信号是，通过判断信号的强弱，从而让控制模块40控制角度调节模块50，从而调节天线的增益，保证在增益足够的情况下可以覆盖较宽的范围，从而实现更好的通信。即通过控制模块40控制角度调节模块50的张开角度，以此达到改变天线辐射方向和增益的效果。本实用新型的毫米波天线系统能够不需要芯片控制调节就可以实现增益的自适应调节，从而保证辐射天线增益高时，辐射范围覆盖减小；辐射天线增益低时，辐射范围覆盖增大，有效降低成本以及设计难度。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本实用新型对此不作限定。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种毫米波天线系统，其特征在于：所述毫米波天线系统包括依次连接的天线接收/发射模块、信号转换模块、反馈网络模块、控制模块以及角度调节模块；所述角度调节模块包括第一反射板和第二反射板，所述第一反射板的一端边和第二反射板的一端边连接形成张开角度为θ的折角面，所述天线接收/发射模块放置在所述折角面上方的中间位置处，且所述第一反射板和第二反射板分别位于所述天线接收/发射模块的两侧；当所述天线接收/发射模块发射或接收信号后，该信号通过所述信号转换模块后，一部分信号通过所述反馈网络模块反馈到所述控制模块，通过所述控制模块控制所述角度调节模块改变毫米波天线的辐射方向和增益。

2.根据权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述第一反射板和所述第二反射板均配置为金属材质的反射板，所述天线接收/发射模块产生正向辐射电磁波后反射至所述第一反射板和所述第二反射板上形成反射电磁波，所述反射电磁波和所述正向辐射电磁波同相位进行叠加。

3.根据权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述控制模块包括串口或CAN口，通过所述串口或CAN口发送控制信号至所述角度调节模块，以控制所述角度调节模块的张开角度θ。

4.根据权利要求3所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述天线接收/发射模块产生正向辐射电磁波后反射至所述第一反射板和所述第二反射板上形成反射电磁波，所述反射电磁波随着所述张开角度θ的变化而变化。

5.根据权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述信号较弱，所述控制模块控制所述角度调节模块减小所述张开角度θ；所述信号较强，所述控制模块控制所述角度调节模块增大所述张开角度θ。

6.根据权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述第一反射板和/或所述第二反射板的长度为L＝2λ，所述天线接收/发射模块与折角之间的距离为S＝0.3-0.4λ，其中，λ表示系统中心频点的自由空间波长。

7.根据权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述张开角度θ的范围配置为60°～120°。

8.根据权利要求1所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述天线接收/发射模块包括介质基板和天线单元，所述天线单元设置在所述介质基板上，并与所述介质基板连接。

9.根据权利要求8所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述天线单元配置为一个辐射天线或多个辐射天线组成的阵列天线。

10.根据权利要求9所述的毫米波天线系统，其特征在于：所述辐射天线配置为贴片天线或偶极子天线。