[发明专利]5G毫米波无源正交多波束平面阵列天线

说明书

本发明公开了一种5G毫米波无源正交多波束平面阵列天线，包括设于上层馈电加辐射介质基片上的正交激励共口径缝隙天线阵列和一组基片集成波导转基片集成同轴线的过渡结构，以及分布在下层馈电介质基片、中间层馈电介质基片和上层馈电加辐射介质基片上的两组折叠式卡塞格伦反射面波束馈电网络。本发明通过基片集成波导和基片集成同轴线两种基片集成技术对缝隙天线阵列正交激励，实现共口径辐射，且结构紧凑。本发明能够在空间正交的两个平面内形成不同指向的波束，两个平面内的波束扫描分别由两组波束馈电网络独立控制，并且馈电端口满足较好的驻波特性和较好的隔离度，且能够通过多层PCB工艺实现，平面结构，易于集成。

技术领域

本发明涉及天线技术，特别是涉及一种5G毫米波无源正交多波束平面阵列天线。

背景技术

多波束天线在现代通信和雷达系统中扮演着重要的角色，是5G移动通信系统的关键技术。多波束天线是多端口的天线阵列，对不同的输入端口馈电形成不同的波束指向，通过波束组合和调整，能够以较高增益覆盖较大通信范围实现多点通信，增加通信容量。因此多波束天线既具有很高的实用价值又能够降低通信成本。此外，频谱资源的有限性在一定程度上限制了无线通信技术的发展，多波束技术能够在有限的频谱资源内提高频谱利用率，是解决上述问题的重要方法之一。

5G是面向2020年以后移动通信需求的新一代移动通信系统，已经成为国内外移动通信领域的研究热点。毫米波频段作为5G系统工作的重要频段，具有波长短、频带宽、穿透性强等诸多优点，且在电子侦察系统、卫星导航定位系统、电磁干扰、精确制导等军事领域以及天文探测、卫星定位、蜂窝通信、车载防撞系统等民用领域应用广泛。

因此对5G毫米波多波束天线技术的研究具有重要意义，此外，基片集成技术在微波毫米波以及太赫兹频段中应用广泛，且基片集成波导和基片集成同轴线是基片集成技术中的佼佼者，但现有的多波束平面阵列天线鲜有涉及将具有上述两种基片集成传输线的正交馈电技术和波束形成网络结合来增加波束扫描维度。

发明内容

发明目的：本发明为解决现有技术中的不足，提供一种5G毫米波无源正交多波束平面阵列天线。

技术方案：本发明所述的5G毫米波无源正交多波束平面阵列天线，包括设于上层馈电加辐射介质基片上的正交激励共口径缝隙天线阵列和一组基片集成波导转基片集成同轴线的过渡结构，以及分布在下层馈电介质基片、中间层馈电介质基片和上层馈电加辐射介质基片上的两组折叠式卡塞格伦反射面波束馈电网络。

进一步，所述正交激励共口径缝隙天线阵列的每个缝隙单元，由基片集成波导和基片集成同轴线两路方式正交激励，实现共口径辐射。基片集成同轴线的金属条带设于上层馈电加辐射介质基片的中间金属层。两路激励方式对应着两组折叠式卡塞格伦反射面波束馈电网络。

进一步，所述折叠式卡塞格伦反射面波束馈电网络由基片集成波导输入端口、双曲反射柱面、抛物反射柱面、基片集成波导输出端口和两段连接壁组成，多层结构，层间耦合通过长缝实现。

进一步，所述折叠式卡塞格伦反射面波束馈电网络的输入端口偏焦对称放置，不同的端口在工作时，会在网络输出端口(即天线阵列馈电端口)形成具有不同相位差分布的场，激励缝隙阵列，从而在空间中产生不同指向的波束，两组波束馈电网络分别控制空间两个正交平面内的波束扫描。

进一步，所述基片集成波导转基片集成同轴线的过渡结构，用于衔接折叠式卡塞格伦反射面波束馈电网络的输出端口和共口径缝隙天线阵列基片集成同轴线一路激励的输入端口。所述过渡结构包括设于上层馈电加辐射介质基片的上层介质层中的一排金属盲孔，以及设于上层馈电加辐射介质基片的中间金属层上的缝隙结构。

有益效果：本发明公开了一种5G毫米波无源正交多波束平面阵列天线，相比现有技术，具有如下的有益效果：

1)整个天线由多层介质基片和金属化通孔、盲孔构成，可用传统的PCB工艺实现，平面结构易于集成。