一种有源天线制造技术

本申请公开一种有源天线，解决现有天线成本高、功耗大的问题。一种有源天线，包含：相控阵天线、介质透镜；所述相控阵天线的天线阵列为微带电路，朝向所述介质透镜的一面设有微带振子辐射单元、另一面为金属地，水平方向微带振子数量为8～64、垂直方向微带振子数量为1～8，所述相控阵天线的波束至少在水平方向扫描；所述介质透镜在水平面实现波束锐化。本申请实现了低功耗、低成本的5G通信毫米波相控阵天线。

【技术实现步骤摘要】
一种有源天线
本技术涉及移动通信领域，尤其涉及一种有源天线。
技术介绍
随着5G毫米波通信和宽带低轨卫星通信的迅速崛起，毫米波有源天线开始了前所未有的发展，预计未来几年内将主宰市场。毫米波带来了大带宽和高速率，基于Sub-6GHz频段的4GLTE蜂窝系统可用使用的最大带宽是100MHz，数据速率不超过1Gbps；在毫米波频段，移动应用可用使用的最大带宽是400MHz，数据速率高达10Gbps甚至更多。传统基站可容纳两根到八根天线，而5G基站需要在“大规模MIMO”配置中排列64到数百根天线，以便提供必要的数据速率。在5G通信中，有源相控阵天线的优点是使用微波集成的方法，将移相器、滤波器、衰减器、功放和低噪放等芯片集成，实现了设备的小型化、轻型化，波束指向精度较高和一定的波束旁瓣抑制能力；缺点是相控阵成本高，功耗大
技术实现思路
本申请提供一种有源天线，解决现有天线成本高、功耗大的问题。一种有源天线，包含：相控阵天线、介质透镜；所述相控阵天线的天线阵列为微带电路，朝向所述介质透镜的一面设有微带振子辐射单元、另一面为金属地，水平方向微带振子数量为8～64、垂直方向微带振子数量为1～8，所述相控阵天线的波束至少在水平方向扫描；所述介质透镜在水平面实现波束锐化。优选地，所述介质透镜具有多层同心圆结构，各层材料的基材为介电常数为1～2的泡沫材料，每层材料表面分布有微扰材料。优选地，所述介质透镜为介质圆柱透镜或介质球透镜。优选地，所述相控阵天线的天线阵列为曲面排列的微带电路，曲面与所述介质透镜外表面平行，所述微带振子排列在所述介质透镜外围的等高线上。优选地，每个微带振子为独立馈电的半波振子，沿水平方向单元间距最大值为0.6～0.65个波长，沿垂直方向单元间距最大值为0.85～0.9个波长。进一步地，所述相控阵天线采用瓦片式封装结构，微带电路上包含馈电结构，与芯片层相连，芯片层包含CaAs或CaN放大电路、CMOS中频信道处理电路和射频处理电路，天线阵列、射频处理电路与中频信道处理电路封装在一起。进一步地，还包含：带有介质外壳的安装体；所述相控阵天线的封装结构与所述介质透镜固定在所述安装体内部，通过同轴头馈线引出。进一步地，所述介质圆柱透镜水平截面具有多层同心圆结构，等效介电常数从中心到表面在2.05～1.05之间渐变。优选地，所述相控阵天线的天线阵列与所述介质透镜的距离，使天线增益最大。优选地，所述相控阵天线的天线阵列包含沿圆周方向分布的多个子阵列，每个子阵列朝向透镜的轴心，每个子阵列包含多个微带振子单元。本申请有益效果包括：本申请有源天线采用相控阵天线和介质透镜结合的结构设计，介质透镜具有旁瓣和后瓣小、方向图好的优点，相控阵天线波束指向精度高并有一定的波束旁瓣抑制能力，本申请有源天线通过相控阵天线形成的波束可通过介质透镜辐射出去，使得水平面辐射方向图锐化，可减少相控阵水平方向振子数量、降低功耗；另外，传统相控阵天线在±60°时增益会下降5dB左右，本申请有源天线可以在±60°角域天线阵列增益提升3dB左右，这样就可以确保在扫描角域内阵列增益不变的情况下，阵列规模可以减少一半；本申请有源天线与传统相控阵天线相比，在相同增益情况下，垂直方向振子数量减少。附图说明图1为一种有源天线实施例；图2为一种人造介质圆柱透镜结构实施例；图3(a)为一种相控阵天线实施例的天线阵列；图3(b)为一种相控阵天线实施例的天线子阵列；图4为一种相控阵天线控制电路实施例；图5为一种相控阵天线封装结构实施例。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。图1为一种有源天线实施例，可用于5G通信的毫米波天线，作为本申请实施例，一种有源天线，包含：相控阵天线1、介质透镜2、安装体3，所述相控阵天线包含天线阵列11。所述相控阵天线的天线阵列为微带电路，朝向所述介质透镜的一面设有微带振子辐射单元、另一面为金属地，水平方向微带振子数量为8～64、垂直方向微带振子数量为1～8，所述相控阵天线的波束至少在水平方向扫描。需要说明的是，所述相控阵天线可以为仅在水平方向扫描的一维相控阵天线，所述相控阵天线还可以为在水平方向、垂直方向均扫描的二维相控阵天线，水平方向扫描范围不小于120°。在本申请实施例中，所述介质透镜用于在水平面实现波束锐化，需要说明的是，当所述介质透镜为介质球或圆柱透镜时也可在垂直面实现波束锐化。由微带振子的具体结构不同，可以实现水平极化、垂直极化、交叉极化电磁波辐射和接收。本申请为毫米波天线，采用相控阵天线和介质透镜组合的结构形式，介质透镜具有下列优点：旁瓣和后瓣小，因而方向图较好，在本申请申请中，介质透镜的作用是在水平方向(与透镜轴垂直的方向)形成锐形波束。介质透镜是一种能透镜通过电磁波而其折射系数不等于1的三维结构，点源或线源发出的球面波或柱面波经过透镜可以变换成平面波，从而得到笔形或扇形波束。透镜的折射系数可能是位置的函数。透镜的形状决定其口面场分布，透镜可以用折射系数nz大于1的自然介质制成，也可以是由金属栅网或金属片等组成的人工介质结构(nz>1或nz<1)，nz＝c/(vφ)，式中c为光速，vφ为介质中的相速。例如，所述介质透镜为介质球透镜，所述折射系数随半径变化的函数为：其中，nz为所述折射系数，R为介质球的半径大小，r为球心到射线的径向间距，C为设定的系数。再例如，在本申请实施例中所述介质透镜为介质圆柱透镜，具有多层同心圆结构，所述相控阵天线为柱面共形相控阵天线，且所述相控阵天线与所述介质透镜共焦面，即所述相控阵天线的中心位于所述介质透镜的焦平面处，可使有源天线的增益最大。优选地，所述相控阵天线的天线阵列为曲面排列的微带电路，曲面与所述介质透镜外表面平行，即微带振子排列在介质透镜外围的等高线上，所述相控阵天线的天线阵列的每个振子单元上的任何一点与所述介质透镜外表面之间的距离相等。需要说明的是，所述相控阵天线不限于曲面共形，也可以是平面相控阵天线，这里不做特别限定。进一步地，所述相控阵天线的天线阵列位于所述介质透镜的焦平面处，此时天线阵列与所述介质透镜的距离，使天线增益最大可以使本申请有源天线的增益最大。在本申请实施例中，所述相控阵天线的封装结构18与所述介质透镜固定在安装体内部，通过同轴头馈线14引出，所述安装体包含介质外壳和泡沫塑料内胆，例如聚甲基丙烯酰亚胺。需要说明的是，所述安装体也可以其他方式固定所述介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源天线，其特征在于，包含：相控阵天线、介质透镜；/n所述相控阵天线的天线阵列为微带电路，朝向所述介质透镜的一面设有微带振子辐射单元、另一面为金属地，水平方向微带振子数量为8～64、垂直方向微带振子数量为1～8，所述相控阵天线的波束至少在水平方向扫描；/n所述介质透镜在水平面实现波束锐化。/n

【技术特征摘要】
1.一种有源天线，其特征在于，包含：相控阵天线、介质透镜；
所述相控阵天线的天线阵列为微带电路，朝向所述介质透镜的一面设有微带振子辐射单元、另一面为金属地，水平方向微带振子数量为8～64、垂直方向微带振子数量为1～8，所述相控阵天线的波束至少在水平方向扫描；
所述介质透镜在水平面实现波束锐化。


2.如权利要求1所述的有源天线，其特征在于，所述介质透镜具有多层同心圆结构，各层材料的基材为介电常数为1～2的泡沫材料，每层材料表面分布有微扰材料。


3.如权利要求1所述的有源天线，其特征在于，所述介质透镜为介质圆柱透镜或介质球透镜。


4.如权利要求1所述的有源天线，其特征在于，所述相控阵天线的天线阵列为曲面排列的微带电路，曲面与所述介质透镜外表面平行，所述微带振子排列在所述介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晨熙，黄卫，
申请(专利权)人：北京高信达通信科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11