[发明专利]高增益相控阵微带天线

说明书

本发明公开了一种高增益相控阵微带天线，该天线包括微带天线阵列和罩设在微带天线阵列上方的微波透镜，利用微波透镜对电磁波的折射汇聚特性来提高天线阵列的增益，继而通过控制天线阵列中各激励端口的幅度和相位，实现波束扫描，最终实现以小规模相控阵天线达到大规模相控阵天线的高增益和波束控制能力，为基于大规模相控阵天线的5G基站以低结构复杂度、低成本方式实现提供了新的解决途径。

技术领域

本发明涉及天线技术，尤其涉及一种高增益相控阵微带天线。

背景技术

第五代移动通信对系统容量和系统效率有较高的要求，基于大规模毫米波相控阵天线理论的多波束控制技术是提升移动通信系统容量的有效手段，具有增益高、效率高、波束控制灵活等特点。2012年瑞典Lund University和贝尔实验室合作开发了工作于2.6GHz的128天线圆形和线形阵列，其中圆形阵列由128个天线端口组成。2013年，丹麦AalborgUniversity和贝尔实验室开发了工作于2.45GHz的96天线单元的圆柱形阵列和工作于5-6GHz的由64根单极子天线组成的矩形阵列。我国5G研究与标准化组织IMT-2020推进组于2013年底专门成立了大规模天线技术专题组，中兴通讯正在进行256天线Massive MIMO原型机的开发验证，采用基带数字波束成形和射频波束成形两种波束赋形技术。

小规模相控阵天线的增益和波束控制能力不如大规模相控阵天线，现有技术还不能将小规模相控阵天线的增益和波束控制能力提升到现有大规模相控阵天线的水平，要提高天线增益和波束控制能力就必须提高天线规模。然而，在5G移动通信领域中，动辄上百路天线组成的基站天线系统，其复杂度和成本将严重制约5G移动通信的发展。

发明内容

本发明主要目的在于，提供一种高增益相控阵微带天线，以小规模相控阵天线实现大规模相控阵天线的高增益和波束控制能力。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高增益相控阵微带天线，包括微带天线阵列和罩设在所述微带天线阵列上方的微波透镜；

所述微带天线阵列包括介质基板、位于所述介质基板上表面的蚀刻电路层和位于所述介质基板下表面的接地金属层；

所述蚀刻电路层包括N²个电磁谐振辐射单元和N²个激励端口，所述N²个电磁谐振辐射单元成N*N矩阵式排列，各激励端口与各电磁谐振辐射单元一一对应地电连接，其中N为大于或等于1的自然数。

进一步地，所述微波透镜罩设在所述微带天线阵列的正上方。

进一步地，所述微波透镜为半球形微波透镜。

进一步地，所述半球形微波透镜为被截去一球缺的半球体，所述球缺的中轴线与所述半球体的中轴线重合，且所述球缺的底面与所述半球体的底面位于同一平面。

进一步地，所述球缺的底面与所述半球体的底面重合。

进一步地，所述半球形微波透镜的半径为35-45毫米，所述球缺的半径为50-60毫米，所述半球形微波透镜的底部所在平面与所述微带天线阵列上表面之间的高度差为8-10毫米。

进一步地，所述N的值为4。

进一步地，所述介质基板的相对介电常数为3.5-3.8，厚度为0.2-0.3毫米。

进一步地，所述微波透镜为玻璃材质，相对介电常数为5-6。

进一步地，所述电磁谐振辐射单元为矩形，长4-4.5毫米，宽2-3毫米。