基于滑动口面的多波束天线阵制造技术

基于滑动口面的多波束天线阵，包括天线阵和馈源阵；天线阵由可以提供不同修正相位的反射式单元或透射式单元构成；馈源阵由多个馈源构成，提供天线阵的激励；天线阵和馈源阵可以是一维阵列，也可以是二维平面阵列或二维曲面阵列；不同位置的馈源利用天线阵的不同局部口面区域形成多波束，可以实现宽角度波束扫描或大范围波束覆盖；本发明专利技术具有波束一致性好、波束扫描或波束覆盖范围大、利用平面印刷电路板工艺便可加工、成本低廉等优点，适合用作第五代移动通信基站天线。

【技术实现步骤摘要】
基于滑动口面的多波束天线阵
本专利技术属于天线
，特别涉及一种基于滑动口面的多波束天线阵。
技术介绍
多波束天线有三种主要的基本类型：反射面天线，相控阵天线和透镜天线。应用较为广泛的是反射面天线，多波束反射面天线由馈源(或者馈源阵)和反射面构成，反射面可以是抛物面，也可以是平面，它可以将不同形式的发散能量转换为平面波，通过转动天线底座或多馈源来获得多波束；它具有结构简单、重量轻、设计成熟、反射损耗低等优点；但同时也有很多不足：波束差异性较大、覆盖范围窄、扫描慢、容易出现相互干扰和遮挡等问题。多波束相控阵由波束形成网络和天线阵两部分组成，通过调节天线阵各单元的激励系数来改变波束指向，可灵活控制波束数目和形状，实现快速扫描和跟踪。同时它具有相控阵的共同劣势：馈电网络损耗大、收发组件复杂、频带窄、波束覆盖范围有限、成本高。多波束透镜天线通常应用于光学领域，如黎曼透镜、龙格透镜、菲涅尔透镜等，它的工作原理类似于反射面天线，不同的是透射天线的出射波和入射波位于透射阵面的异侧，而反射面天线的出射波和入射波位于反射阵面的同侧。多波束透镜天线可以同时产生多个一致性较好的扫描波束，带宽取决于馈源，可实现宽角度波束扫描且扫描角度随频率独立，不存在馈源的遮挡效应；它的缺点是相对反射面天线设计较为复杂，存在反射损耗，现有材料种类的稀少限制了透镜天线技术的发展。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于滑动口面的多波束天线阵，定义有效口面为对主波束指向起主要作用的天线阵的局部口面区域，单馈源照射天线口面时，滑动馈源，有效口面随着馈源的滑动在天线阵上滑动，可以产生多个不同指向的扫描波束；馈源阵照射天线口面时，每个馈源对应的有效口面不同，可以同时产生多波束；天线阵采用反射阵或者透射阵的形式，有效口面上每个单元的补偿相位补偿了馈源照射到有效口面上不同单元时由于距离不同而产生的相位差，同时从而在天线口面上形成特定的实际口面相位分布，获得高增益扫描波束或高增益覆盖波束；这样，不同位置的馈源照射天线阵时由天线阵的不同局部口面区域有效口面决定主波束特性；本专利技术通过牺牲口面效率的方式，获得了更多的口面设计自由度，可以实现宽角度波束扫描或大范围波束覆盖。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于滑动口面的多波束天线阵，其特征在于，包括：天线阵1，为由若干个天线单元3构成的一维直线阵列或一维曲线阵列或二维平面阵列或二维曲面阵列；馈源阵2，为由若干个馈源4构成的一维直线阵列或一维曲线阵列或二维平面阵列或二维曲面阵列；其中，所述馈源4用于照射所述天线阵1，馈源4可以在馈源阵2所在的曲面上移动。在不同的馈源位置上所对应天线阵1的照射区域不同，从而产生指向不同方向的波束。当同时采用多个馈源4构成的阵列时，可以同时产生指向不同方向的波束。所述天线单元3为反射式单元或透射式单元，从而构成反射阵或透射阵。所述若干个天线单元3提供多个不同的补偿相位，入射波照射所述天线单元3时，入射波和出射波位之间存在由所述天线单元3提供的补偿相位差，当所述天线单元3为反射式单元时，入射波和出射波位于天线单元3的同侧；当所述天线单元3为透射式单元时，入射波和出射波位于天线单元3的异侧。所述馈源4具有特定形状的方向图，可以根据实际需求，选取方向图满足具体的指标要求的馈源。所述馈源阵2相对天线阵1沿不同方向滑动，馈源阵2照射所述天线阵1时，组成其的每个馈源4所对应的有效口面在天线阵1的不同局部口面区，分别将每个馈源4照射的非平面波转换为平面波，同时产生不同指向的、一致性较好多个高增益覆盖波束。所述单个馈源4照射所述天线阵1时，馈源4相对天线阵1沿不同方向滑动，馈源4所对应的有效口面随着滑动方向在天线阵1上滑动，馈源4在不同位置时所对应的有效口面将照射的非平面波转换为平面波，产生不同指向的、一致性较好的高增益扫描波束。当所述天线单元3为反射式单元时，滑动馈源4或者馈源阵2照射产生不同指向的反射波束；当所述天线单元3为透射式单元时，滑动馈源4或者馈源阵2照射产生不同指向的透射波束。所述天线阵1形状为矩形、正方形、圆形或椭圆形。所述天线阵1的口面相位分布设计规则为：当某个馈源照射天线阵1的部分边缘区域时，形成的出射波束指向某个最大方向；该馈源照射天线阵1的另一部分边缘区域时，形成的出射波束指向另一个最大方向；中间部分的馈源产生的波束在上述两个最大方向之间。天线单元3的补偿相位可以针对不同指标进行优化，以实现增益最大、或者副瓣电平更低、或者其他的指标要求，从而得到各种衍生的相位分布生成方法。本专利技术中，馈源阵2采用一维设计时，当单个馈源4沿一维线路移动，对应天线阵1的照射区域不同，从而产生指向不同方向的波束。馈源阵2采用二维设计时，当单个馈源4沿一个方向移动，对应天线阵1的照射区域不同，从而产生指向不同方向的波束；当单个馈源4在另一个方向移动时，对应的天线阵1的照射区域基本不变，此时在有限区域内产生指向不同方向的波束。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)天线阵可以设计成平面结构，利用平面印刷电路板工艺加工。利用平面印刷电路板加工工艺制作的多波束透射天线阵，与光学领域的多波束透镜天线相比，方便于制作大口径天线，并且成本低廉。(2)单个馈源沿不同方向滑动时，其所对应有效口面也在随之滑动，产生一致性较好的高增益扫描波束。(3)馈源阵照射天线口面时，不同的馈源所对应的有效口面不同，产生多个一致性较好的高增益覆盖波束。附图说明图1表示本专利技术的二维滑动口面天线阵和二维馈源阵配置，其中包括：1(a)三维视图，1(b)顶视图(XY面)。图2表示图1(b)中四个虚线小正方形所圈的馈源照射二维天线阵时，每个馈源所对应的有效口面变化情况。图3(a)表示本专利技术的一维滑动口面天线阵和一维馈源阵配置，图3(b)表示一维天线阵口面补偿相位分布。图4表示图3(a)中三个虚线小圆圈所圈的馈源照射一维天线阵(以反射阵为例)时，每个馈源所对应的有效口面、每个馈源照射一维天线阵时产生的实际口面相位分布和最大方向示意。图5表示本专利技术的二维滑动口面天线阵和X方向一维馈源阵配置，二维天线阵为12型矩形阵列，图5(a)、5(b)、5(c)表示馈源沿X方向滑动时所对应的有效口面滑动情况。图6表示本专利技术的二维滑动口面天线阵和Y方向一维馈源阵配置，二维天线阵为12型矩形阵列，图6(a)、6(b)、6(c)表示馈源沿Y方向滑动时所对应的有效口面滑动情况。图7表示本专利技术的二维滑动口面天线阵(以反射阵为例)和二维馈源阵的一个具体实施例配置，其中包括：7(a)三维视图，7(b)顶视图(XY面)。图8为按图7的结构配置的二维滑动口面天线阵的波束特性：图8(a)为馈源阵8中从馈源85到馈源86的Y方向一维馈源阵照射二维天线阵7时在YZ面内得到归一化二维方向图。图8(b)为馈源阵8中对角线上从馈源81到馈源84的一维馈源阵照射二维天线阵7时在面内得到归一化二维方向图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。图1(a)表示本专利技术的二维的滑动口面天线阵1和二维的馈源阵2配置，图1(a)中的圆圈代表天线单元3，五角星代表馈源4；天线阵1由若干个天线单元3构成，馈源阵2由若干个馈源4构成并且距离天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于滑动口面的多波束天线阵，其特征在于，包括：天线阵(1)，为由若干个天线单元(3)构成的一维直线阵列或一维曲线阵列或二维平面阵列或二维曲面阵列；馈源阵(2)，为由若干个馈源(4)构成的一维直线阵列或一维曲线阵列或二维平面阵列或二维曲面阵列；其中，所述馈源(4)用于照射所述天线阵(1)。

【技术特征摘要】
1.基于滑动口面的多波束天线阵，其特征在于，包括：天线阵(1)，为由若干个天线单元(3)构成的一维直线阵列或一维曲线阵列或二维平面阵列或二维曲面阵列；馈源阵(2)，为由若干个馈源(4)构成的一维直线阵列或一维曲线阵列或二维平面阵列或二维曲面阵列；其中，所述馈源(4)用于照射所述天线阵(1)，馈源(4)可以在馈源阵(2)所在的曲面上移动，在不同的馈源位置上所对应天线阵(1)的照射区域不同，从而产生指向不同方向的波束；当同时采用多个馈源(4)构成的阵列时，同时产生指向不同方向的波束。2.根据权利要求1所述基于滑动口面的多波束天线阵，其特征在于，所述天线单元(3)为反射式单元或透射式单元，从而构成反射阵或透射阵。3.根据权利要求1所述基于滑动口面的多波束天线阵，其特征在于，所述若干个天线单元(3)提供多个不同的补偿相位，入射波照射所述天线单元(3)时，入射波和出射波位之间存在由所述天线单元(3)提供的补偿相位差，当所述天线单元(3)为反射式单元时，入射波和出射波位于天线单元(3)的同侧；当所述天线单元(3)为透射式单元时，入射波和出射波位于天线单元(3)的异侧。4.根据权利要求1所述基于滑动口面的多波束天线阵，其特征在于，所述馈源(4)具有特定形状的方向图。5.根据权利要求1所述基于滑动口面的多波束天线阵，其特征在于，所述馈源阵(2)相对天线阵(1)沿不同方向滑动，馈源阵(2)照射所述天线阵(1)时，组成其的每个馈源(4)所对应的有效口面在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志军，常乐，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11