小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线，该小型化多波束平面相控阵列天线包括由多个小型化多波束可重构天线作为阵元构成的相控阵列，该小型化多波束可重构天线包括金属地板，设置在金属地板上的环形等效磁流缝隙结构及设置在金属地板和环形等效磁流缝隙结构上的混合电磁超材料结构体。本发明专利技术具有小型化、宽带宽、低成本、波束扫描/切换灵活等优点，能够满足5G多波束基站和MIMO的应用需求。的应用需求。的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线


[0001]本专利技术涉及多波束可重构天线和相控阵列
，具体涉及一种小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线。

技术介绍

[0002]目前以5G和物联网为核心的无线通信技术正在快速推进，高速无线通信正在深刻改变甚至颠覆人们过去的生活生产。其中，依托Sub 6GHz频段的5G通信技术，作为5G无线通信的重要组成部分，被广泛部署到室内、城区、城郊和农村等场景。对于基站而言，相比于传统的全向基站天线和双极化定向波束基站天线，5G基站天线需要面对更高传输速率、更复杂的信道环境和传输方向动态可变的来波等挑战。多波束可重构天线，不仅能够动态的切换辐射波束的指向，还能够利用动态切换的波束实现辐射空间的扫描覆盖。得益于多波束带来的分集能力和抗干扰能力，多波束可重构天线被引入5G多波束基站和5G Missive MIMO设计中。
[0003]多波束可重构天线，按照可重构形式，大致可分为四类：机械多波束扫描天线、相控阵天线、液体可重构天线和电可重构天线。传统的机械多波束扫描天线，该类天线主要形式为带有机电转台的抛物面反射天线等，主要用于雷达系统中。由于需要机电转台，因此存在占用空间体积大和波束切换响应慢等问题。传统的相控阵天线，为了实现波束扫描和波束赋形，需要加装昂贵的T/R组件，因此存在造价高昂和射频前端复杂等问题。传统的液体可重构天线，采用的是可重塑的液态金属来改变辐射体的结构，需要加装额外的液压控制系统，因此会造成结构复杂和动态响应慢的问题。传统的电可重构天线，通过在天线辐射结构上加装各种电子开关元件(PIN二极管、变容管、开关芯片和MEMS开关器件等)，改变天线表面辐射体的电流分布，进而实现方向图的可重构，因此存在波束扫描能力受限和工作带宽受限等缺点。通过对上诉现有技术的综述分析，目前的多波束可重构天线，均难以同时实现小型化、低成本、宽带宽和灵活的多波束扫描能力，因此现有的多波束可重构天线和多波束扫描阵列均难以满足Sub 6GHz 5G基站的通信需求。为了满足5G多波束基站/Massive MIMO对多波束天线/阵列的性能需求，宽带多波束可重构天线/扫描阵列亟待被研究和设计出来。

技术实现思路

[0004]针对现有5G基站天线难以在小型化和低成本的同时，兼顾宽频带和灵活的平面多波束扫描能力等问题，本专利技术提供了一种小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]第一方面，本专利技术提出了一种小型化多波束可重构天线，包括：
[0007]金属地板；
[0008]设置在所述金属地板上以引入水平极化磁偶极子模式并进行方向选择的环形等效磁流缝隙结构；及
[0009]设置在所述金属地板和环形等效磁流缝隙结构上的混合电磁超材料结构体。
[0010]进一步地，所述混合电磁超材料结构体包括：
[0011]设置在所述金属地板和环形等效磁流缝隙结构上的柱形介质谐振器；及
[0012]设置在所述柱形介质谐振器上表面的超材料结构。
[0013]进一步地，所述超材料结构为由多个贴片超材料表面结构板构成的圆形蘑菇型超材料结构。
[0014]进一步地，所述混合电磁超材料结构体中心设置有贯穿加载的馈电金属探针(5)，所述馈电金属探针(5)的末端与所述环形等效磁流缝隙结构连接。
[0015]进一步地，所述环形等效磁流缝隙结构包括：
[0016]开设在所述金属地板(9)上的环形耦合馈电缝隙槽(6)；及
[0017]设置在所述金属地板(9)和环形耦合馈电缝隙槽(6)上的方向选择电路(8)。
[0018]进一步地，所述方向选择电路(8)包括中心对称设置在所述环形等效磁流缝隙槽(6)四周的第一开关及偏置电路、第二开关及偏置电路、第三开关及偏置电路和第四开关及偏置电路。
[0019]进一步地，所述混合电磁超材料结构体中设置有贯穿加载的超材料短路电感(4)。
[0020]第二方面，本专利技术还提出了一种小型化混合超材料平面相控阵列天线，包括：
[0021]由多个上述小型化混合超材料多波束可重构天线作为阵元构成的相控阵列。
[0022]本专利技术具有以下有益效果：
[0023](1)本专利技术所提出的小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线具有尺寸小、结构紧凑、带宽宽、高辐射特性(损耗低)、多波束扫描能力好以及多功能的选择等优点，适用于不同的无线通信应用和雷达天线应用的性能需求，特别是5G微基站和宏基站天线；
[0024](2)本专利技术中的天线尺寸小和结构紧凑的优点，使得该专利技术适用于小型化基站和空间受限的场景中；
[0025](3)本专利技术中的天线工作带宽宽，能够覆盖sub 6GHz应用的频段，满足5G通信和物联网通信需求；
[0026](4)本专利技术中的天线具有高辐射性能、成本低(少量阵元)等优点，能够满足大规模的基站部署；
[0027](5)本专利技术中的天线具有空间二维波束连续扫描角度大和空间波束赋形的优点，能够满足多波束基站对宽角扫描覆盖的需求；
[0028](6)本专利技术中的天线提供了多个方案，可以根据实际的使用场景，通过选择单元/阵列形式，以及阵列阵元数量等，进而实现不同波束扫描角度的选择，从而实现满足不用应用场景的需求。
[0029](7)本专利技术中的天线成本低，仅采用PCB板、陶瓷介质和金属铝板、螺钉等结构，易于生产和大规模应用。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1中小型化多波束可重构天线的结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例1中小型化多波束可重构天线的俯视结构图；
[0032]图3为本专利技术实施例1中混合电磁超材料结构体的俯视结构图；
[0033]图4为本专利技术实施例1中金属地板的俯视结构图；
[0034]图5为本专利技术实施例1中小型化多波束可重构天线的带宽性能示意图；
[0035]图6为本专利技术实施例1中小型化多波束可重构天线的辐射性能示意图；
[0036]图7为本专利技术实施例2中小型化多波束平面相控阵列天线的结构示意图；
[0037]图8为本专利技术实施例2中小型化多波束平面相控阵列天线的俯视结构图；
[0038]图9为本专利技术实施例2中小型化多波束平面相控阵列天线的带宽性能示意图；
[0039]图10为本专利技术实施例2中小型化多波束平面相控阵列天线的辐射性能示意图。
[0040]其中附图标记为：1、超材料结构，2、柱形介质谐振器，3、贴片超材料表面结构板，4、超材料短路电感，5、馈电金属探针，6、环形耦合馈电缝隙槽，7、方向选择电路，8、金属地板。
具体实施方式
[0041]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型化多波束可重构天线，其特征在于，包括：金属地板(8)；设置在所述金属地板(8)上以引入水平极化磁偶极子模式并进行方向选择的环形等效磁流缝隙结构；及设置在所述金属地板(8)和环形等效磁流缝隙结构上的混合电磁超材料结构体。2.根据权利要求1所述的小型化多波束可重构天线，其特征在于，所述混合电磁超材料结构体包括：设置在所述金属地板(8)和环形等效磁流缝隙结构上的柱形介质谐振器(2)；及设置在所述柱形介质谐振器(2)上表面的超材料结构(1)。3.根据权利要求2所述的小型化多波束可重构天线，其特征在于，所述超材料结构(1)为由多个贴片超材料表面结构板(3)构成的圆形蘑菇型超材料结构。4.根据权利要求1、2、3任一所述的小型化多波束可重构天线，其特征在于，所述混合电磁超材料结构体中心设置有贯穿加载的馈电金属探针(5)，所述馈电金属探针(5)的两端分别与所述环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：董元旦，陈涛，王崭，黄春华，程华灼，冯燕坡，田忠，刘梦雅，
申请(专利权)人：微网优联科技成都有限公司，
类型：发明
国别省市：