[发明专利]一种宽带圆极化毫米波多馈源多波束透镜天线

说明书

本发明公开一种宽带圆极化毫米波多馈源多波束透镜天线，所述天线包括一个多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列(1)和一个平面透镜(2)；多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列(1)的平面与平面透镜(2)的平面平行设置，多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列(1)的信号通过平面透镜(2)输出或接收。所述平面透镜(2)相移分布有多个焦点，由完全相同的各向异性单元结构(5)按周期排列组成。所述各向异性单元结构(5)由上层金属贴片(5a)、中层金属贴片(5b)和下层金属贴片(5c)构成。该种天线可实现多馈源多波束特性，在无线通信和卫星通信方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信系统电子器件领域，具体涉及一种宽带圆极化毫米波多馈源多波束透镜天线，其具有多个输入端口，当每个输入端口被激励时，可产生一个独立的指向不同方向的圆极化高增益波束，因此，此天线可以在一个接近20％带宽的频带内实现圆极化多波束以覆盖一定区域，可被应用于第五代移动通信、卫星通信、毫米波点对多点通信等领域。

背景技术

多波束天线是一种可产生多个独立波束的电磁波辐射装置，其在多种无线通信系统中有着广泛应用。其中，无源多波束天线成本低且轻便，是一种低价的多波束解决方案。无源多波束天线可以通过波束成形电路网络、反射面、以及透镜等技术实现，其含有多个相互独立的输入端口，当每个端口被激励时，产生一个指向某个预先设计好的方向的高增益波束。此类多波束天线的多个端口分别对应多个辐射波束，从而实现对一定角度区域的覆盖。基于波束成形电路网络的无源多波束天线多利用Butler矩阵、Blass矩阵、或Nolen矩阵，带宽较窄，较难拓展至二维波束覆盖。且当所需形成的波束数量较多时，电路的体积和复杂度会急剧增加，并带来显著的损耗。基于反射面的无源多波束天线需要避免馈源天线组对反射面产生的出射波束的阻挡，增加了设计的复杂度，并且会影响天线的总体性能。此外，反射面天线对表面粗糙度所引起的相位误差尤为敏感。因此，基于透镜、尤其是基于平面透镜的无源多波束天线成为了一个能提供宽带二维多波束覆盖的解决方案。传统的基于透镜的多波束天线虽然性能较好，但是透镜体积大、重量重，而基于平面印刷结构的平面透镜多波束天线基本上只能工作于一个单线极化，且带宽窄、波束增益波动大，仍不能满足很多应用的需求。

本发明提出了一种宽带圆极化毫米波多馈源多波束透镜天线。该结构由一组宽带圆极化平面馈源天线和一个平面透镜组成，此平面透镜由完全相同的亚波长单元按周期排布而成。此多馈源多波束透镜天线可在18％的频带内产生稳定的圆极化多波束，每个端口分别对应一个波束，-3dB覆盖范围为±33度，且波束增益波动小于1.5dB。相比于已有的多馈源多波束透镜天线，本发明具有圆极化、工作带宽宽、扫描范围宽、波束增益波动小等优点，在未来第五代移动通信、卫星通信等领域有着重要的前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种宽带圆极化毫米波多馈源多波束透镜天线，具有宽带、圆极化、增益波动小等特性，可以高效地实现宽带圆极化多波束覆盖。

技术方案：本发明的一种宽带圆极化毫米波多馈源多波束透镜天线，所述天线包括一个多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列和一个平面透镜；多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列的平面与平面透镜的平面平行设置，多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列的信号通过平面透镜输出或接收。

所述多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列由多个宽带圆极化平面馈源天线单元构成；宽带圆极化平面馈源天线单元位于多端口宽带圆极化平面馈源天线阵列的平面上。

每个宽带圆极化平面馈源天线单元被一个金属隔离通孔阵列包围。

每个宽带圆极化平面馈源天线单元包含一个位于顶层的各向异性阻抗表面天线覆层、一个位于中层的平面切角贴片天线和一个位于底层的基片集成波导。

平面切角贴片天线与基片集成波导由一个金属馈电柱相连，或由一个馈电缝隙相连。

基片集成波导通过一个共面波导结构与外接设备或电路相连。