[发明专利]小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线

说明书

本发明公开了一种小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线，该小型化多波束平面相控阵列天线包括由多个小型化多波束可重构天线作为阵元构成的相控阵列，该小型化多波束可重构天线包括金属地板，设置在金属地板上的环形等效磁流缝隙结构及设置在金属地板和环形等效磁流缝隙结构上的混合电磁超材料结构体。本发明具有小型化、宽带宽、低成本、波束扫描/切换灵活等优点，能够满足5G多波束基站和MIMO的应用需求。

技术领域

本发明涉及多波束可重构天线和相控阵列技术领域，具体涉及一种小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线。

背景技术

目前以5G和物联网为核心的无线通信技术正在快速推进，高速无线通信正在深刻改变甚至颠覆人们过去的生活生产。其中，依托Sub 6GHz频段的5G通信技术，作为5G无线通信的重要组成部分，被广泛部署到室内、城区、城郊和农村等场景。对于基站而言，相比于传统的全向基站天线和双极化定向波束基站天线，5G基站天线需要面对更高传输速率、更复杂的信道环境和传输方向动态可变的来波等挑战。多波束可重构天线，不仅能够动态的切换辐射波束的指向，还能够利用动态切换的波束实现辐射空间的扫描覆盖。得益于多波束带来的分集能力和抗干扰能力，多波束可重构天线被引入5G多波束基站和5G MissiveMIMO设计中。

多波束可重构天线，按照可重构形式，大致可分为四类：机械多波束扫描天线、相控阵天线、液体可重构天线和电可重构天线。传统的机械多波束扫描天线，该类天线主要形式为带有机电转台的抛物面反射天线等，主要用于雷达系统中。由于需要机电转台，因此存在占用空间体积大和波束切换响应慢等问题。传统的相控阵天线，为了实现波束扫描和波束赋形，需要加装昂贵的T/R组件，因此存在造价高昂和射频前端复杂等问题。传统的液体可重构天线，采用的是可重塑的液态金属来改变辐射体的结构，需要加装额外的液压控制系统，因此会造成结构复杂和动态响应慢的问题。传统的电可重构天线，通过在天线辐射结构上加装各种电子开关元件(PIN二极管、变容管、开关芯片和MEMS开关器件等)，改变天线表面辐射体的电流分布，进而实现方向图的可重构，因此存在波束扫描能力受限和工作带宽受限等缺点。通过对上诉现有技术的综述分析，目前的多波束可重构天线，均难以同时实现小型化、低成本、宽带宽和灵活的多波束扫描能力，因此现有的多波束可重构天线和多波束扫描阵列均难以满足Sub 6GHz 5G基站的通信需求。为了满足5G多波束基站/MassiveMIMO对多波束天线/阵列的性能需求，宽带多波束可重构天线/扫描阵列亟待被研究和设计出来。

发明内容

针对现有5G基站天线难以在小型化和低成本的同时，兼顾宽频带和灵活的平面多波束扫描能力等问题，本发明提供了一种小型化多波束可重构天线及平面相控阵列天线。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提出了一种小型化多波束可重构天线，包括：

金属地板；

设置在所述金属地板上以引入水平极化磁偶极子模式并进行方向选择的环形等效磁流缝隙结构；及

设置在所述金属地板和环形等效磁流缝隙结构上的混合电磁超材料结构体。

进一步地，所述混合电磁超材料结构体包括：

设置在所述金属地板和环形等效磁流缝隙结构上的柱形介质谐振器；及

设置在所述柱形介质谐振器上表面的超材料结构。

进一步地，所述超材料结构为由多个贴片超材料表面结构板构成的圆形蘑菇型超材料结构。

进一步地，所述混合电磁超材料结构体中心设置有贯穿加载的馈电金属探针(5)，所述馈电金属探针(5)的末端与所述环形等效磁流缝隙结构连接。

进一步地，所述环形等效磁流缝隙结构包括：

开设在所述金属地板(9)上的环形耦合馈电缝隙槽(6)；及