一种电控二维波束扫描天线制造技术

本发明专利技术提供了一种电控二维波束扫描天线。包括：导波结构、辐射单元阵列、馈电结构和波束控制模块；馈电结构与导波结构相连，向导波结构馈入电磁波，导波结构以行波的形式传输电磁波，辐射单元阵列位于导波结构的上方，将导波结构中的电磁波持续向自由空间漏泄形成波束，辐射单元阵列中每个单元包含辐射单元和偏置电路，波束控制模块与辐射单元阵列连接，波束控制模块控制偏置电路的偏置状态。本发明专利技术的电控二维波束扫描天线能实现高增益电控二维波束扫描，并具有结构简单、低成本、低剖面、功耗低、易加工、轻型化、易集成等优势，可应用于无线通信系统。线通信系统。线通信系统。

【技术实现步骤摘要】
一种电控二维波束扫描天线


[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种电控二维波束扫描天线。

技术介绍

[0002]在日渐复杂的通信及监测系统中，人们对具有波束扫描性能的天线的需求也在急剧增加。机械旋转式反射面天线或阵列天线通过机械旋转辐射口径达到波束扫描的效果，但波束扫描速度慢，波束指向角精度受限于机械控制精度。
[0003]相控阵天线通过控制阵列天线中辐射单元的相位来实现波束扫描，但由于相控阵天线集成了大量的T/R(Transmit发射/Receive接收)组件，导致相控阵天线的成本高昂，且需要复杂馈电网络，天线剖面较大，体积、重量较大，功耗较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种电控二维波束扫描天线，以提供一种高增益、高效率、低剖面和轻型化的波束扫描天线。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。
[0006]一种电控二维波束扫描天线，包括：导波结构(1)、辐射单元阵列(2)、馈电结构(3)和波束控制模块(4)；
[0007]所述馈电结构(3)与所述导波结构(1)相连，向所述导波结构(1)馈入电磁波(5)，所述导波结构(1)以行波的形式传输电磁波，所述辐射单元阵列(2)位于导波结构(1)的上方，将导波结构(1)中的电磁波持续向自由空间漏泄形成波束，所述辐射单元阵列(2)中每个单元包含辐射单元和偏置电路，所述波束控制模块(4)与辐射单元阵列(2)连接，所述波束控制模块(4)控制偏置电路的偏置状态。
[0008]优选地，所述导波结构(1)为任意数量的一维导波结构并行排列后组成的二维平面形式的导波结构，每行一维导波结构上方设置一行或多行辐射单元，各行辐射单元之间为交错排布或非交错排布。
[0009]优选地，所述导波结构(1)的结构类型包括矩形波导、脊波导、圆波导、平行板波导、间隙波导、基片集成波导、介质波导、微带传输线、带状线、共面波导和槽线。
[0010]优选地，所述辐射单元阵列(2)中每个辐射单元由辐射单元和偏置电路构成，所述辐射单元从所述导波结构(1)中耦合电磁能量并辐射到自由空间中，所述偏置电路控制辐射单元的工作状态。
[0011]优选地，所述馈电结构(3)的结构类型包括并联馈电、串联馈电、反射面馈电、透镜馈电和多路独立信号馈电。
[0012]优选地，所述波束控制模块(4)实时控制辐射单元阵列(2)中辐射单元的工作状态，使天线实现电控波束扫描的性能。
[0013]优选地，所述贴片结构的结构类型包括矩形贴片、圆形贴片、椭圆形贴片、三角形贴片、带有蚀刻缝隙的贴片和带有寄生结构的贴片；所述缝隙结构的结构类型包括矩形缝
隙、圆形缝隙、椭圆形缝隙、“H”形缝隙和“哑铃”形缝隙。
[0014]优选地，所述偏置电路包括有源电子元件、金属贴片和金属过孔，有源电子元件固定在金属贴片上，金属贴片通过直流偏置线连接波束控制模块(4)，给有源电子元件提供偏置电压。
[0015]优选地，所述辐射单元为缝隙结构，偏置电路中采用1个有源电子元件，偏置电路位于辐射单元的下方，金属贴片1通过金属过孔与缝隙金属层连接，金属贴片2上引入偏置电压；
[0016]或者；
[0017]所述辐射单元为缝隙结构，偏置电路中采用2个有源电子元件，偏置电路位于辐射单元的上方或下方，金属贴片1通过金属过孔1与缝隙金属层连接，金属贴片2通过金属过孔2与缝隙金属层连接，金属贴片3上无过孔，金属贴片3上引入偏置电压；
[0018]或者；
[0019]所述辐射单元由缝隙结构和缝隙激励的贴片结构组成，偏置电路中采用1个有源电子元件，偏置电路位于辐射单元的下方，金属贴片1通过金属过孔1与缝隙金属层连接，金属贴片2上引入偏置电压；
[0020]或者；
[0021]所述辐射单元由缝隙结构和缝隙激励的贴片结构组成，偏置电路中采用1个有源电子元件，偏置电路位于辐射单元的贴片结构的侧面，金属贴片1通过金属过孔与缝隙金属层连接，金属贴片2上引入偏置电压；
[0022]或者；
[0023]辐射单元由缝隙结构和缝隙激励的贴片结构组成，偏置电路中采用2个有源电子元件，偏置电路位于辐射单元的下方，金属贴片1通过金属过孔1与缝隙金属层连接，金属贴片2通过金属过孔2与缝隙金属层连接，金属贴片3上引入偏置电压。
[0024]由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例的高增益电控二维波束扫描天线具有波束响应速度快、不需要机械伺服系统的优点。本专利技术避免了T/R组件的使用，从而大幅降低了天线成本。本专利技术的导波结构和馈电结构都具有传输损耗低、剖面低、易加工、易集成的优点，使得天线具有高增益、高效率、低剖面、轻型化等优势。
[0025]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术实施例提供的一种高增益电控二维波束扫描天线的原理架构图的侧视图；
[0028]图2为本专利技术实施例提供的一种高增益电控二维波束扫描天线的原理架构图的俯视图；
[0029]图3为本专利技术实施例提供的一种采用交错排布形式的辐射单元阵列；
[0030]图4为本专利技术实施例提供的一种采用非交错排布形式的辐射单元阵列；
[0031]图5为本专利技术实施例提供的一种给出的辐射单元选取缝隙结构，以及缝隙结构可以选取的典型形状；
[0032]图6为本专利技术实施例提供的一种给出的辐射单元由缝隙及缝隙激励的贴片结构组成，以及贴片结构可以选取的典型形状；
[0033]图7为本专利技术实施例提供的一种辐射单元和偏置电路结构的第一种可选形式；
[0034]图8为本专利技术实施例提供的一种辐射单元和偏置电路结构的第二种可选形式；
[0035]图9为本专利技术实施例提供的一种辐射单元和偏置电路结构的第三种可选形式；
[0036]图10为本专利技术实施例提供的一种辐射单元和偏置电路结构的第四种可选形式；
[0037]图11为本专利技术实施例提供的一种辐射单元和偏置电路结构的第五种可选形式；
[0038]图12为本专利技术实施例提供的一种并联馈电形式的馈电结构；
[0039]图13为本专利技术实施例提供的一种串联馈电形式的馈电结构；
[0040]图14为本专利技术实施例提供的一种反射面馈电形式的馈电结构；
[0041]图15为本专利技术实施例提供的一种透镜馈电形式的馈电结构；
[0042]图16为本专利技术实施例提供的一种多路独立信号馈电形式的馈电结构；
[0043]图17为本专利技术实施例提供的一种电控二维波束扫描天线的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电控二维波束扫描天线，其特征在于，包括：导波结构(1)、辐射单元阵列(2)、馈电结构(3)和波束控制模块(4)；所述馈电结构(3)与所述导波结构(1)相连，向所述导波结构(1)馈入电磁波(5)，所述导波结构(1)以行波的形式传输电磁波，所述辐射单元阵列(2)位于导波结构(1)的上方，将导波结构(1)中的电磁波持续向自由空间漏泄形成波束，所述辐射单元阵列(2)中每个单元包含辐射单元和偏置电路，所述波束控制模块(4)与辐射单元阵列(2)连接，所述波束控制模块(4)控制偏置电路的偏置状态。2.根据权利要求1所述的电控二维波束扫描天线，其特征在于，所述导波结构(1)为任意数量的一维导波结构并行排列后组成的二维平面形式的导波结构，每行一维导波结构上方设置一行或多行辐射单元，各行辐射单元之间为交错排布或非交错排布。3.根据权利要求2所述的电控二维波束扫描天线，其特征在于，所述导波结构(1)的结构类型包括矩形波导、脊波导、圆波导、平行板波导、间隙波导、基片集成波导、介质波导、微带传输线、带状线、共面波导和槽线。4.根据权利要求1所述的电控二维波束扫描天线，其特征在于，所述辐射单元阵列(2)中每个辐射单元由辐射单元和偏置电路构成，所述辐射单元从所述导波结构(1)中耦合电磁能量并辐射到自由空间中，所述偏置电路控制辐射单元的工作状态。5.根据权利要求1所述的电控二维波束扫描天线，其特征在于，所述馈电结构(3)的结构类型包括并联馈电、串联馈电、反射面馈电、透镜馈电和多路独立信号馈电。6.根据权利要求1所述的电控二维波束扫描天线，其特征在于，所述波束控制模块(4)实时控制辐射单元阵列(2)中辐射单元的工作状态，使天线实现电控波束扫描的性能。7.根据权利要求1所述的电控二维波束...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铮，韦棒，王均宏，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：