[发明专利]毫米波全向扫描半球透镜多波束天线

说明书

本发明公开了一种毫米波全向扫描半球透镜多波束天线。该天线包括1个金属地板、1个聚四氟乙烯半球透镜和36个平面介质棒天线，平面介质棒天线由基片集成波导和渐变的介质棒组成；所述聚四氟乙烯半球透镜固定在金属地板的中心，平面介质棒天线由基片集成波导馈电，均匀固定在聚四氟乙烯半球透镜周围的金属地板上，平面介质棒天线的末端与聚四氟乙烯半球透镜表面距离均相同；所述36个平面介质棒天线是垂直极化的，金属地板一方面作为平面介质棒天线的镜面、另一方面作为聚四氟乙烯半球透镜的载体。本发明能够实现水平面360°的波束扫描，实现了辐射区和馈电区的有效分离，结构简单、波束对称、加工方便、成本低。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种毫米波全向扫描半球透镜多波束天线。

背景技术

在现代许多通信系统中，如MIMO无线通信、汽车雷达和监视雷达，需要水平面360°全方位的波束覆盖。传统的机械扫描天线不能满足高数据速率的要求。尽管多波束天线是一种成本较低和结构紧凑的选择，但实现360°的扫描覆盖率仍然是一个很大的挑战。在能实现宽扫描范围的波束形成网络中，准光学式波束形成网络(BNF)用量最大，例如Rotman透镜。目前已经有利用Rotman透镜实现360°扫描的相关研究，但是其设计过程比较复杂，实际生产中实用性较低，并且旁瓣电平比较高。

龙伯透镜是实现宽角扫描的首选，因为龙伯透镜是一个介电常数连续变化的介质球，球表面的任何一点都是其焦点，再加上龙伯透镜本身固有的对称性结构，所产生的波束几乎是完全相同的。以前，因为在低频段透镜的体积大、重量重，龙伯透镜并不常用。随着无线通信和汽车雷达的发展，毫米波频率已成为一个研究热点，在这个频率下透镜天线的结构也变得非常紧凑。但是由于梯度介质透镜的加工精度不高，实际生产中的龙伯透镜天线的效率达不到理想效果，而且龙伯透镜在毫米波频率的制造成本较高。

为了克服这些缺点，Bernhard Schoenlinner已证明，利用均匀介质球体是可以获得良好的辐射特性的，虽然均匀介质透镜在理论上没有完美的聚焦点，但通过优化透镜与馈源天线之间的距离，可以获得良好的性能。如果将多个馈源天线放置在适当的圆弧上对球透镜同时馈电，可以获得多个相同的波束。文献1(Schoenlinner B,Wu X,Ebling J P,etal.Wide-scan spherical-lens antennas for automotive radars[J].IEEETransactions on Microwave Theory&Techniques,2002,50(9):2166-2175)选择了渐变缝隙天线作为馈源，将馈源阵列天线印刷在同一平面的介质基板上，排列在球透镜的水平面上。该透镜天线可以实现水平面180°的扫描范围，但由于馈源天线、安装装置和馈线的遮挡造成的散射问题，扫描范围被限制在了180°。文献2(Zhu D,Wu X,Hua C,et al.MM-wavecylindrical dielectric lens antenna for full azimuth scanning coverage[J].IEEE,2011:1-4)将三个柱透镜天线上下堆叠且方向错开，每个天线各自负责120°的扫描范围，共同实现了水平面360°的扫描，虽然扫描范围得以拓宽，但这大大增加了天线系统的成本及体积，而且没有从根本上解决馈源的遮挡的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、波束对称、成本低的毫米波全向扫描半球透镜多波束天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种毫米波全向扫描半球透镜多波束天线，包括1个金属地板、1个聚四氟乙烯半球透镜和36个平面介质棒天线，其中每个平面介质棒天线均由基片集成波导和渐变的介质棒组成；所述聚四氟乙烯半球透镜固定在金属地板的中心；所述36个平面介质棒天线由基片集成波导馈电，且均匀固定在聚四氟乙烯半球透镜周围的金属地板上，平面介质棒天线的介质棒末端与聚四氟乙烯半球透镜表面距离均为d。