一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，属于天线技术领域。该天线包括依次连接的馈电端口、功分网络、数字相控馈电网络和数字相控辐射阵列；数字相控馈电网络包括多路馈电支路，每路馈电支路包括依次连接的传输模块、相控模块Ⅰ以及偏置模块Ⅰ；数字相控辐射阵列包括多个数字相控辐射单元，每个数字相控辐射单元包括依次连接的辐射模块、相控模块Ⅱ以及偏置模块Ⅱ。数字相控馈电网络和数字相控辐射阵列中的相控模块均通过集成数字控制器件实现相位控制。本实用新型专利技术通过采用成本低，易集成的数字控制器件，从而使得平面相控天线结构轻薄、辐射效率高、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、平面结构、重量轻、易共形和成本低。

A high gain planar phased array antenna based on digital phase control technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线
本技术属于天线
，涉及一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线。
技术介绍
传统相控阵天线通常由辐射阵列、移相网络、馈电网络组成。作为传统相控阵天线的核心部件，收发组件可以提供灵活的幅相变化，使其具有波束捷变和波束扫描等功能。但大量的收发组件急剧提高了系统复杂度，造成系统成本高，效率低和功耗高的问题。随着现代无线通信和雷达系统的要求不断提高，5G移动通信大规模MIMO天线、毫米波安检成像等应用系统对具有快速波束扫描和灵活波束捷变功能的低成本、高性能、轻薄易共形的高增益平面相控天线的需求越发强烈，而高成本、低效率、系统复杂的传统相控阵天线已无法满足需求，突破传统相控阵天线的技术局限成了目前炙热的研究方向。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，以较低的成本获得快速波束扫描性能。为达到上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，包括依次连接的馈电端口(100)、功分网络(200)、数字相控馈电网络(300)和数字相控辐射阵列(400)；所述数字相控馈电网络(300)包括多路馈电支路(310)，每路馈电支路包括传输模块(311)、相控模块Ⅰ(312)以及偏置模块Ⅰ(313)；所述数字相控辐射阵列包括多个数字相控辐射单元(410)，每个数字相控辐射单元(410)包括辐射模块(411)、相控模块Ⅱ(412)以及偏置模块Ⅱ(413)；所述馈电端口(100)用于给相控阵天线提供射频能量和接收相控阵天线的射频能量；所述功分网络(200)包括多路传输支路(210)，用于将射频能量进行多路分配，实现射频能量的多路传输；所述数字相控馈电网络(300)一方面为数字相控辐射阵列(400)提供射频能量或从数字相控辐射阵列上接收射频能量，另一方面为相控阵天线提供相位控制功能；所述每路馈电支路用于给数字相控辐射阵列(400)提供射频能量和接收射频能量；所述传输模块(311)用于将功分网络(200)的射频能量转化为辐射阵列的射频能量或将辐射阵列接收到的射频能量传输到功分网络；所述相控模块Ⅰ(312)一端与传输模块(311)连接，用于实现馈电支路(310)上的相位控制；所述偏置模块Ⅰ(313)与相控模块Ⅰ(312)另一端连接，给相控模块Ⅰ(312)提供偏置电流；所述辐射模块(411)用于提供能量辐射；所述相控模块Ⅱ(412)用于控制辐射单元(410)的相位；所述偏置模块Ⅱ(413)用于为辐射模块(411)提供偏置电流。进一步，所述相控模块Ⅰ(312)和相控模块Ⅱ(412)均通过集成数字控制器件实现相位的控制；所述数字控制器件包括PIN二极管、变容二极管或MEMS二极管等集总控制元件，以及微马达等电机控制器件。进一步，所述的馈电端口(100)、功分网络(200)、数字相控馈电网络(300)和数字相控辐射阵列(400)均采用电气连接，这样的连接方式可以使天线结构平面化。进一步，所述平面相控阵天线自上而下包括有第一金属层(1)、第一层介质板(2)、第二金属层(3)、第二层介质板(4)、第三金属层(5)、第三层介质板(6)、第四金属层(7)、第四层介质板(8)和第五金属层(9)；所述第一金属层(1)和第四金属层(7)之间设置有第一导体连接件连接，所述第一金属层(1)和第三金属层(5)之间设置有2个第二导体连接件，所述第二金属层(3)和第四金属层(7)之间设置有第三导体连接件，所述第三金属层(5)和第四金属层(7)之间设置有第四导体连接件，所述第四金属层(7)和第五金属层(9)之间设置有第五导体连接件；所述第一导体连接件与第三金属层(5)规避隔开，所述第三导体连接件与第三金属层(5)规避隔开，所述第五导体连接件与第五金属层(9)规避隔开。进一步，所述辐射模块(411)和相控模块Ⅱ(412)设置在第一金属层(1)上表面；所述相控模块Ⅱ(412)通过在辐射模块(411)上集成数字控制器件实现相位控制功能；所述偏置模块Ⅱ(413)设置在第二金属层(3)上表面；所述偏置模块Ⅱ(413)由呈对称分布的两个方形金属片(31)和与电压源连接的金属线(32)组成，其中与电压源连接的金属线(32)与所述两个方形金属片(31)相连；所述两个方形金属片(31)分别与2个第二导体连接件连接；所述第二导体连接件分别与数字相控辐射单元(410)和方形金属片(31)连接。进一步，所述传输模块(311)、相控模块Ⅰ(312)以及偏置模块Ⅰ(313)设置在第四金属层(7)上表面；所述偏置模块Ⅰ(313)上设置有两条弯曲金属线，第一弯曲金属线与电压源连接，第二弯曲金属线与第二金属层(3)相连；在所述第二弯曲金属线和第三金属层(5)之间设置有第四导体连接件。进一步，所述多个传输支路(210)均设置在第四金属层(7)上表面，与相控模块Ⅰ(312)连接。进一步，所述馈电端口(100)采用射频连接器，给相控阵天线提供射频能量和接收相控阵天线的射频能量；所述第四金属层(7)通过第五导体连接件与射频连接器相接。进一步，所述第一导体连接件、第二导体连接杆、第三导体连接杆、第四导体连接件和第五导体连接杆均为圆筒体结构。进一步，所述方形金属片的中心与第二导体连接件的圆心重合。本技术的有益效果在于：本技术利用功分网络实现射频能量的多路传输，降低系统剖面，实现平面结构设计；利用数字控制器件实现数字相位控制；通过数字控制的方式调节每个辐射单元和每路传输支路的相位，从而获得高增益聚焦的动态扫描波束、捷变波束或者多波束，具有馈电损耗小、波束扫描速度快、阵列规模拓展性强、结构简单、轻薄平面、重量轻、易共形、成本低的优点。本技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本技术的实践中得到教导。本技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作优选的详细描述，其中：图1为本技术所述的基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线的结构框图；图2为本技术一个实施例基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线示意图；图3为本技术一个实施例的数字相控辐射单元结构图，其中图3(a)为数字相控辐射单元的立体效果示意图，图3(b)为图3(a)的侧视图，图3(c)为图3(a)中第一金属层的俯视图，图3(d)为图3(a)中第二金属层的俯视图，图3(e)为图3(a)中第三金属层的俯视图，图3(f)为图3(a)中第四金属层的俯视图；图4为本技术一个实施例的数字相控馈电网络的馈电支路结构图，其中图4(a)馈电支路的立体效果示意图，图4(b)为图4(a)的侧视图，图4(c)为图4(a)中第二金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，其特征在于，该天线包括依次连接的馈电端口(100)、功分网络(200)、数字相控馈电网络(300)和数字相控辐射阵列(400)；所述数字相控馈电网络(300)包括多路馈电支路(310)，每路馈电支路包括依次连接的传输模块(311)、相控模块Ⅰ(312)以及偏置模块Ⅰ(313)；所述数字相控辐射阵列包括多个数字相控辐射单元(410)，每个数字相控辐射单元(410)包括依次连接的辐射模块(411)、相控模块Ⅱ(412)以及偏置模块Ⅱ(413)；/n所述馈电端口(100)用于给相控阵天线提供射频能量和接收相控阵天线的射频能量；/n所述功分网络(200)包括多路传输支路(210)，用于将射频能量进行多路分配，实现射频能量的多路传输；/n所述数字相控馈电网络(300)一方面为数字相控辐射阵列(400)提供射频能量或从数字相控辐射阵列上接收射频能量，另一方面为相控阵天线提供相位控制功能；所述每路馈电支路用于给数字相控辐射阵列(400)提供射频能量和接收射频能量；所述传输模块(311)用于将功分网络(200)的射频能量转化为辐射阵列的射频能量或将辐射阵列接收到的射频能量传输到功分网络；所述相控模块Ⅰ(312)一端与传输模块(311)连接，用于实现馈电支路(310)上的相位控制；所述偏置模块Ⅰ(313)与相控模块Ⅰ(312)另一端连接，给相控模块Ⅰ(312)提供偏置电流；/n所述辐射模块(411)用于提供能量辐射；所述相控模块Ⅱ(412)用于数字相控辐射单元(410)的相位；所述偏置模块Ⅱ(413)用于为辐射模块(411)提供偏置电流。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，其特征在于，该天线包括依次连接的馈电端口(100)、功分网络(200)、数字相控馈电网络(300)和数字相控辐射阵列(400)；所述数字相控馈电网络(300)包括多路馈电支路(310)，每路馈电支路包括依次连接的传输模块(311)、相控模块Ⅰ(312)以及偏置模块Ⅰ(313)；所述数字相控辐射阵列包括多个数字相控辐射单元(410)，每个数字相控辐射单元(410)包括依次连接的辐射模块(411)、相控模块Ⅱ(412)以及偏置模块Ⅱ(413)；
所述馈电端口(100)用于给相控阵天线提供射频能量和接收相控阵天线的射频能量；
所述功分网络(200)包括多路传输支路(210)，用于将射频能量进行多路分配，实现射频能量的多路传输；
所述数字相控馈电网络(300)一方面为数字相控辐射阵列(400)提供射频能量或从数字相控辐射阵列上接收射频能量，另一方面为相控阵天线提供相位控制功能；所述每路馈电支路用于给数字相控辐射阵列(400)提供射频能量和接收射频能量；所述传输模块(311)用于将功分网络(200)的射频能量转化为辐射阵列的射频能量或将辐射阵列接收到的射频能量传输到功分网络；所述相控模块Ⅰ(312)一端与传输模块(311)连接，用于实现馈电支路(310)上的相位控制；所述偏置模块Ⅰ(313)与相控模块Ⅰ(312)另一端连接，给相控模块Ⅰ(312)提供偏置电流；
所述辐射模块(411)用于提供能量辐射；所述相控模块Ⅱ(412)用于数字相控辐射单元(410)的相位；所述偏置模块Ⅱ(413)用于为辐射模块(411)提供偏置电流。


2.根据权利要求1所述的一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，其特征在于，所述相控模块Ⅰ(312)和相控模块Ⅱ(412)均通过集成数字控制器件实现相位的控制；所述数字控制器件包括PIN二极管、变容二极管或MEMS二极管，以及微马达电机控制器件。


3.根据权利要求1所述的一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，其特征在于，所述的馈电端口(100)、功分网络(200)、数字相控馈电网络(300)和数字相控辐射阵列(400)均采用电气连接。


4.根据权利要求1所述的一种基于数字相控技术的高增益平面相控阵天线，其特征在于，所述平面相控阵天线自上而下包括有第一金属层(1)、第一层介质板(2)、第二金属层(3)、第二层介质板(4)、第三金属层(5)、第三层介质板(6)、第四金属层(7)、第四层介质板(8)和第五金属层(9)；
所述第一金属层(1)和第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，陈正川，胡南，谢文青，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：新型
国别省市：重庆;50