[发明专利]一种双通道双线极化2比特阵列天线

说明书

本发明公开了一种双通道双线极化2比特阵列天线，由m×n个双通道双线极化2比特天线单元组成，其中m代表行，n代表列。每个天线单元的从上至下依次为微带振子辐射结构、直流偏置结构、金属地板、级联移相器、金属地板，其中微带振子辐射结构和直流偏置结构分别位于上层介质基板的上下表面，金属地板、级联移相器和金属地板形成带状线结构。在水平极化馈电端口和垂直极化馈电端口的激励下，通过改变微带振子辐射结构上集成的开关二极管和级联移相器上集成的开关二极管，使得单元的辐射电磁波的相位分别呈现0°、90°、180°和270°四种不同的电磁响应。因此，改变不同的馈电端口激励，在不同的相位补偿状态下，电磁波实现不同极化波束的扫描。

技术领域

本发明涉及相控阵天线领域，具体设计一种双通道双线极化2比特阵列天线。

背景技术

无线移动通信系统，通常采用双极化的方式，由于其具有极化多样性，从而具有扩展通信系统容量的优点。目前，第五代(5G)通信已经快速部署在多种应用场景中，包括但不限于室外/城市环境、室内场景、无人机基站等。需要注意的是，室内场景与室外环境相比，多径效应严重，散射复杂。然而，传统的单元辐射状态单一、体积大，不适合在空间有限的设备中进行无线通信。波束扫描阵列可以实现强大的波束扫描能力，对于提高传输质量和增强信道抗干扰能力十分有利。引入了有源天线系统的5G基站天线，可以通过为每个阵元提供不同的功率和相位来充分实现在方位角和俯仰角上的实时波束成形。这种操作可以获得许多好处，包括容量增强，提高信道抗干扰能力等。然而当基站天线数量增加到数百甚至更多时，成本问题对超大规模天线阵列的影响不容忽视。多家天线制造商和运营商已经意识到占领未来市场的前提是降低基站的制造成本，也就是说，成本将成为超大规模天线阵列的重要指标，也是增加基站天线数量的关键制约因素。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种低成本、高增益、窄波束、电子扫描的双通道双线极化2比特阵列天线设计。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种双通道双线极化2比特阵列天线，由m×n个双通道双线极化2比特天线单元(1)组成，其中m代表行，n代表列。每个天线单元(1)的从上至下依次为微带振子辐射结构(2)、直流偏置结构(4)、金属地板(5)、级联移相器(6)、金属地板(7)，其中微带振子辐射结构(2)和直流偏置结构(4)分别位于上层介质基板的上下表面，金属地板(5)、级联移相器(6)和金属地板(7)形成带状线结构，在天线的层叠结构中，直流偏置结构(4)与金属地板(5)之间采用厚度为0.101mm的介质板进行隔离。在水平极化馈电端口(9-1)和垂直极化馈电端口(9-2)的激励下，通过改变微带振子辐射结构(2)上集成的开关二极管(3)和级联移相器(6)上集成的开关二极管(8)，使得单元的辐射电磁波的相位分别呈现0°、90°、180°和270°四种不同的电磁响应。因此，改变不同的馈电端口激励，在不同的相位补偿状态下，电磁波实现不同极化波束的扫描。

优选的，双通道双线极化2比特天线单元(1)的间距在0.5λ₀～λ₀之间，并且随着单元间距的增大，扫描范围减小。

优选的，微带振子辐射结构(2)采用正交放置的形式，沿x方向放置的天线辐射水平极化电磁波，沿y方向放置的天线辐射水平极化电磁波，两个通道对应不同的极化形式，辐射结构的馈电点位于振子中心，在振子末端放置了两个反向并联的开关二极管(3)等效改变振子的谐振边长度，通过交替改变开关二极管(3)的工作状态，可以引导电流走向实现0°和180°的交替。

优选的，微带振子的放置方式可以沿±x或±y方向形成水平、垂直极化，也可以沿±45°方向放置形成±45°双极化阵列。

优选的，直流偏置结构(4)采用“台阶式”设计，包括微带振子辐射结构(2)上弯曲的高阻微带线、金属过孔与微带扇形枝节，将微带扇形枝节直接放置在微带振子辐射结构(2)的下方可以有效减小其物理尺寸，使天线结构也更加紧凑。