一种小型化收发共用宽波束覆盖天线制造技术

一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，包括天线辐射体、八棱台和八棱柱结构、内置收发组件、底板、射频连接器、低频连接器和八棱台上盖板。其中，天线辐射体包括八个接收天线单元和八个发射天线单元，且每个棱台的侧面有一组接收、发射单元；八棱台和八棱柱结构为上八棱台上和下八棱柱一体结构；内置收发组件包括接收组件和发射组件；底板用于固定内置收发组件；射频连接器包括发射和接收两个。通过八棱台相邻侧面上的接收、发射天线单元交叉阵列设计、16个类椭圆波束宽覆盖波束设计和小型化综合设计实现了本发明专利技术小型化、收发共用、俯仰面±70°宽波束覆盖区内5dBi的高增益覆盖性能。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化收发共用宽波束覆盖天线
本专利技术涉及一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，属于天线

技术介绍
随着军事和民用通信技术的发展，通信系统的复杂度及系统性能在不断提升，用户在不断追求系统载荷性能的最大化，这所带来的一个问题，就是如何在有限的应用平台能力下，极大地提升平台的利用效率，采用较少或较小的设备实现更高，更优的系统性能。也即应用平台对载荷设备，尤其是天线的小型化提出了更为苛刻的要求。另一方面，宽覆盖和高增益性能一直以来都是天线研究领域的热门话题。对单一的天线而言，宽覆盖和高增益是对立的两个方面，宽覆盖即意味着低增益性能。然而，为了实现宽覆盖和高增益的兼容，很多新的天线形式被广泛应用，典型的有相控阵天线和多波束波束天线，可在很宽的覆盖范围内实现较高的增益性能，但一定程度上增加了系统的复杂度。对于机载无线通信或测控系统、室内短距离无线通信系统而言，通常要求在天线俯仰面大角度范围内、方位面全向的空间内实现较高增益。为了实现天线俯仰面大角度范围内波束覆盖，有一种天线设计形式通常可以被考虑，就是采用天线波束指向在俯仰面进行倾斜，同时棱台顶部的天线覆盖天线轴向的覆盖区域，实现俯仰面范围内波束覆盖，覆盖区范围和增益均比较小。还有一种天线虽然覆盖区内增益较高，但系统复杂，尺寸大，重量重。所以，针对小型化、收发共用、宽覆盖和高增益的性能需求，以上天线设计形式均有其自身限制而不能完全实现。综上所述，现有的传统技术已不能满足小型化、宽覆盖波束(俯仰±70°，方位全向)和高增益(大于5dBi)的天线应用需求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，采用收发共用交叉阵列技术、宽覆盖波束设计技术和小型化综合设计技术，提出了一种新型的小型化收发共用宽波束覆盖天线，使得在天线尺寸受限情况下，实现天线的俯仰面宽角度(±70°)与方位面全向范围内的宽波束覆盖和高增益(大于5dBi)性能。本专利技术的技术解决方案如下：一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，包括：天线辐射体、八棱台和八棱柱结构、内置收发组件、底板、射频连接器、低频连接器和八棱台上盖板；八棱台和八棱柱结构，包括：八棱台结构和八棱柱结构，八棱台结构位于八棱柱结构上，八棱台结构的每个梯形侧面均开有槽体；天线辐射体包括8组收发天线单元，每组收发天线单元包括1个接收天线单元和1个发射天线单元；8组收发天线单元放置在八棱台结构侧面的槽体中，并通过螺钉固定连接在八棱台结构的侧面，每组收发天线单元分布在八棱台的一个梯形侧面上，且八棱台结构的相邻侧面上的收发天线单元中的接收天线单元和发射天线单元上下交叉分布，具体如下：八棱台结构的相邻侧面记为侧面1和侧面2，侧面1和侧面2均为梯形，侧面1上的发射天线单元布置在侧面1靠近梯形短边的一端，侧面1上的接收单元布置在侧面1靠近梯形长边的一端；侧面2上的发射天线单元布置在侧面2靠近梯形长边的一端，侧面2上的接收单元布置在侧面2靠近梯形短边的一端。八棱台上盖板扣在八棱台和八棱柱结构的八棱台结构上，八棱台上盖板通过螺钉连接于八棱台和八棱柱结构的八棱台结构上；内置收发组件包括接收组件和发射组件，并通过螺钉连接固定于底板上；底板和固定于其上的收发组件整体与八棱台和八棱柱结构通过螺钉连接在一起；射频连接器和低频连接器与八棱台和八棱柱结构的八棱柱结构通过螺钉连接；内置收发组件中的发射组件，接收外部发射机发射的信号，对该信号依次进行功分、相移、功率放大后，送至8组收发天线单元的发射天线单元，发射天线单元将信号辐射到空间；8组收发天线单元的接收天线单元分别从空间接收信号，将从空间接收的信号送至内置收发组件中的接收组件，对该信号依次进行低噪声放大、相移、功率合成后，送至外部接收机。射频连接器连接收发组件和外部接收机和发射机，低频连接器连接外部控制单元。所述八棱台结构和八棱柱结构为一次成型，八棱柱结构的每个侧面为矩形，将每个侧面等分为三部分，每个部分中间位置设置一个通孔；八棱台结构包括八个侧面，每个侧面为梯形。八棱台结构侧面上的接收天线单元和发射天线单元，若发射天线单元为左旋圆极化，则接收天线单元为右旋圆极化，若发射天线单元为右旋圆极化，则接收天线单元为左旋圆极化，发射天线单元和接收天线单元均为正方形，边长在0.25λ～0.30λ之间；八棱台结构每个梯形侧面上发射天线单元和接收天线单元的中心之间间距相同，在0.35λ～0.40λ之间；靠近梯形上底的接收天线单元或发射天线单元中心距离梯形上底在0.25λ～0.28λ之间，λ为接收天线工作频率对应的自由空间波长。八棱台结构上相邻侧面的发射天线单元或相邻侧面的接收天线单元组成二元天线阵列，在电性能上形成类椭圆子波束，类椭圆子波束的长轴方向与八棱台结构的梯形侧面的梯形高所在的直线一致，八棱台结构的八个侧面每相邻两个侧面上的发射天线单元或接收天线单元组成的二元天线阵列形成一个类椭圆子波束，共形成8个类椭圆波束，通过内置收发组件对四个接收天线单元或发射天线单元的固定离散移相，八棱台结构的八个侧面每相邻两个侧面上的发射天线单元或接收天线单元组成的二元天线阵列形成新的一个类椭圆子波束，共形成另外新的8个类椭圆子波束，共16个类椭圆子波束。这16个类椭圆子波束覆盖俯仰±70°覆盖区。具体方案为：将俯仰±70°的波束覆盖区分割为16个子覆盖区，每个子覆盖区分别对应设计的16个类椭圆子波束。这16个子覆盖区的定义用(u、v)坐标表示，分别由6条直线和2个椭圆分割构成，六条直线方程为u＝±v，u＝±0.29和v＝±0.29，两个椭圆方程为u2+4v2＝0.883和4u2+v2＝0.883，±70°覆盖区边界圆的方程为u2+v2＝0.883。同时采用收发共用交叉阵列设计，收发天线为旋转对称结构，收发天线结构轴向旋转相差45°。所以通过简单的坐标变换，收发天线具有相同的16波束覆盖区设计图。即对于接收天线：对于发射天线：如此，接收天线和发射天线的16波束覆盖区设计图相同。八棱台和八棱柱结构由八棱台结构和八棱柱结构组成，八棱柱结构便于将内置收发组件置于八棱台和八棱柱结构内，八棱台和八棱柱的八棱柱结构的外切圆的直径范围为φ2.6λ～2.7λ，八棱台和八棱柱结构的高度在0.68λ～0.7λ；八棱台和八棱柱结构的八棱台结构的顶面八边形的外切圆直径在φ0.8λ～φ1.0λ之间；八棱台结构的高度在0.36λ～0.40λ之间。八棱台上盖板的形状为八棱台的侧面，没有上表面和下表面，八棱台上盖板的每个侧面开有两个正方形槽孔，所有侧面共开有16个正方形槽孔，当八棱台上盖板盖在八棱台和八棱柱结构上，每组收发天线单元能够从每个侧面开有两个正方形槽孔中全部露出。所述内置收发组件的接收组件，包括：单刀四掷开关1、单刀四掷开关2、低噪声放大器LNA1、低噪声放大器LNA2、5bit相移器1、2合1功率合成网络；外部控制单元能够控制单刀四掷开关1在4个动端1、动端3、动端5、动端7之间切换，动端1连接接收天线单元1，动端3连接接收天线单元3，动端5连接接收天线单元5，动端7连接接收天线单元7，当单刀四掷开关1的不动端与动端1形成导通，空间信号从接收天线单元1接收的信号进入单刀四掷开关1；当单刀四掷开关1的不动端与动端3形成导通，空间信号从接收天线单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，包括：天线辐射体(1)、八棱台和八棱柱结构(2)、内置收发组件(3)、底板(4)、射频连接器(5)、低频连接器(6)和八棱台上盖板(7)；八棱台和八棱柱结构(2)，包括：八棱台结构和八棱柱结构，八棱台结构位于八棱柱结构上，八棱台结构的每个梯形侧面均开有槽体；天线辐射体(1)包括8组收发天线单元，每组收发天线单元包括1个接收天线单元和1个发射天线单元；8组收发天线单元放置在八棱台结构侧面的槽体中，并通过螺钉固定连接在八棱台结构的侧面，每组收发天线单元分布在八棱台的一个梯形侧面上，且八棱台结构的相邻侧面上的收发天线单元中的接收天线单元和发射天线单元上下交叉分布；八棱台上盖板(7)扣在八棱台和八棱柱结构(2)的八棱台结构上，八棱台上盖板(7)通过螺钉连接于八棱台和八棱柱结构(2)的八棱台结构上；内置收发组件(3)包括接收组件和发射组件，并通过螺钉连接固定于底板(4)上；底板(4)和固定于其上的收发组件(3)整体与八棱台和八棱柱结构(2)通过螺钉连接在一起；射频连接器(5)和低频连接器(6)与八棱台和八棱柱结构(2)的八棱柱结构通过螺钉连接；内置收发组件(3)中的发射组件，接收外部发射机发射的信号，对该信号依次进行功分、相移、功率放大后，送至8组收发天线单元的发射天线单元，发射天线单元将信号辐射到空间；8组收发天线单元的接收天线单元分别从空间接收信号，将从空间接收的信号送至内置收发组件(3)中的接收组件，对该信号依次进行低噪声放大、相移、功率合成后，送至外部接收机。...

【技术特征摘要】
1.一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，包括：天线辐射体(1)、八棱台和八棱柱结构(2)、内置收发组件(3)、底板(4)、射频连接器(5)、低频连接器(6)和八棱台上盖板(7)；八棱台和八棱柱结构(2)，包括：八棱台结构和八棱柱结构，八棱台结构位于八棱柱结构上，八棱台结构的每个梯形侧面均开有槽体；天线辐射体(1)包括8组收发天线单元，每组收发天线单元包括1个接收天线单元和1个发射天线单元；8组收发天线单元放置在八棱台结构侧面的槽体中，并通过螺钉固定连接在八棱台结构的侧面，每组收发天线单元分布在八棱台的一个梯形侧面上，且八棱台结构的相邻侧面上的收发天线单元中的接收天线单元和发射天线单元上下交叉分布；八棱台上盖板(7)扣在八棱台和八棱柱结构(2)的八棱台结构上，八棱台上盖板(7)通过螺钉连接于八棱台和八棱柱结构(2)的八棱台结构上；内置收发组件(3)包括接收组件和发射组件，并通过螺钉连接固定于底板(4)上；底板(4)和固定于其上的收发组件(3)整体与八棱台和八棱柱结构(2)通过螺钉连接在一起；射频连接器(5)和低频连接器(6)与八棱台和八棱柱结构(2)的八棱柱结构通过螺钉连接；内置收发组件(3)中的发射组件，接收外部发射机发射的信号，对该信号依次进行功分、相移、功率放大后，送至8组收发天线单元的发射天线单元，发射天线单元将信号辐射到空间；8组收发天线单元的接收天线单元分别从空间接收信号，将从空间接收的信号送至内置收发组件(3)中的接收组件，对该信号依次进行低噪声放大、相移、功率合成后，送至外部接收机。2.根据权利要求1所述的一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，其特征在于：所述八棱台结构和八棱柱结构为一次成型，八棱柱结构的每个侧面为矩形，将每个侧面等分为三部分，每个部分中间位置设置一个通孔；八棱台结构包括八个侧面，每个侧面为梯形。3.根据权利要求1所述的一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，其特征在于：八棱台结构的相邻梯形侧面上的接收天线单元和发射天线单元上下交叉分布，具体如下：八棱台结构的相邻侧面记为侧面1和侧面2，侧面1和侧面2均为梯形，侧面1上的发射天线单元布置在侧面1靠近梯形短边的一端，侧面1上的接收单元布置在侧面1靠近梯形长边的一端；侧面2上的发射天线单元布置在侧面2靠近梯形长边的一端，侧面2上的接收单元布置在侧面2靠近梯形短边的一端。4.根据权利要求1所述的一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，其特征在于：所述的八棱台结构侧面上的接收天线单元和发射天线单元，若发射天线单元为左旋圆极化，则接收天线单元为右旋圆极化，若发射天线单元为右旋圆极化，则接收天线单元为左旋圆极化，发射天线单元和接收天线单元均为正方形，边长在0.25λ～0.30λ之间；八棱台结构每个梯形侧面上发射天线单元和接收天线单元的中心之间间距相同，在0.35λ～0.40λ之间；靠近梯形上底的接收天线单元或发射天线单元中心距离梯形上底在0.25λ～0.28λ之间，λ为接收天线工作频率对应的自由空间波长。5.根据权利要求1所述的一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，其特征在于：所述的八棱台结构上相邻侧面的发射天线单元或相邻侧面的接收天线单元组成二元天线阵列，在电性能上形成类椭圆子波束，类椭圆子波束的长轴方向与八棱台结构的梯形侧面的梯形高所在的直线一致，八棱台结构的八个侧面每相邻两个侧面上的发射天线单元或接收天线单元组成的二元天线阵列形成一个类椭圆子波束，共形成8个类椭圆波束，通过内置收发组件(3)对四个接收天线单元或发射天线单元的固定离散移相，八棱台结构的八个侧面每相邻两个侧面上的发射天线单元或接收天线单元组成的二元天线阵列形成新的一个类椭圆子波束，共形成另外新的8个类椭圆子波束，共16个类椭圆子波束。6.根据权利要求5所述的一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，其特征在于：所述的16个类椭圆子波束覆盖俯仰±70°覆盖区。7.根据权利要求1所述的一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，其特征在于：所述八棱台和八棱柱结构(2)由八棱台结构和八棱柱结构组成，八棱柱结构便于将内置收发组件(3)置于八棱台和八棱柱结构(2)内，八棱台和八棱柱(2)的八棱柱结构的外切圆的直径范围为φ2.6λ～2.7λ，八棱台和八棱柱结构(2)的高度在0.68λ～0.7λ；八棱台和八棱柱结构(2)的八棱台结构的顶面八边形的外切圆直径在φ0.8λ～φ1.0λ之间；八棱台结构的高度在0.36λ～0.40λ之间。8.根据权利要求1所述的一种小型化收发共用宽波束覆盖天线，其特征在于：八棱台上盖板的形状为八棱台的侧面，没有上表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：弓金刚，李巧，贾秀娟，汪洋，刘欣，张明涛，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61