[发明专利]一种多波束共口径双频天线单元及天线阵列

说明书

一种多波束共口径双频天线单元及天线阵列，属于无线通信技术领域，天线阵列包括a*b个天线单元，每个天线单元包括n*m个毫米波频段天线单元和一个微波频段结构复用的介质贴片天线单元组成。本发明的共口径双频天线对具有透镜轮廓的介质单元进行了复用，利用n*m个毫米波频段天线单元的具有透镜轮廓的介质单元相互连接，共同构成微波频段天线单元中的复用介质贴片结构实现了共口径，天线结构紧凑并具有大频比、宽频带特性，可通过独立改变每个毫米波天线单元中介质单元的透镜轮廓，实现每个毫米波天线单元的波束方向改变，提高n*m个毫米波频段天线单元形成的n*m个波束的总体覆盖范围。

技术领域

本发明涉及一种多波束共口径双频天线单元及天线阵列，属于无线通信技术领域，具体涉及了一种可同时工作于微波毫米波的多波束共口径双频天线单元及天线阵列。

背景技术

5G新一代通信具有更宽带更高速的需求，因此需要具有更宽的频谱带宽，进而导致频段数增加。随着毫米波段的加入，微波与毫米波的共存是下一代无线通信系统的必然趋势。而随着频段数的增加必然会导致天线数目增多进一步导致了体积的增大，所以双频共口径天线对小型集成化具有重要意义。在广泛的无线通信网络的部署通常需要小型基站来完成覆盖。然而与传统基站天线不同小型基站要在受限空间中封装多天线或多波束天线具有有限的空间和资源。

传统的天线通常只有一个主辐射方向，难以兼顾多个辐射方向，覆盖范围较小。在几类多波束天线中透镜类多波束天线具有良好的波束指向性，并且体积小、重量轻，能够明显降低使用成本和操作复杂度。透镜多波束阵列天线可以在不需要复杂有源电路的情况下提供多个不同辐射方向的高增益定向波束，可以解决只能提供一个波束的问题，满足波束覆盖广的需求，因此适合于低成本小型基站。

因此有必要设计一款用于5G通信的小型基站设备的双频段多波束共口径天线，同时解决微波和毫米波共存以及广覆盖广的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种多波束共口径双频天线单元及天线阵列。

一种多波束共口径双频天线单元及天线阵列，天线阵列包括a*b个天线单元，每个天线单元包括n*m个毫米波频段天线单元和一个结构复用的微波频段天线单元，每个毫米波频段天线单元包括一个馈电单元和一个具有透镜轮廓的介质单元，n*m个毫米波频段天线单元的馈电单元呈阵列排布在具有透镜轮廓的介质单元的下方，结构复用的微波频段天线单元包括一个结构复用的介质贴片结构和一个馈电结构，n*m个毫米波频段天线单元的具有透镜轮廓的介质单元相互连接，共同构成微波频段天线单元中的复用介质贴片结构，微波频段天线单元的馈电结构位于结构复用介质贴片结构的下方，具有透镜轮廓的介质单元利用介电常数大于6的介质材料构成，通过独立改变每个毫米波天线单元中介质单元的透镜轮廓，实现每个毫米波天线单元的波束方向改变，提高n*m个毫米波频段天线单元形成的n*m个波束的总体覆盖范围。

n*m个毫米波频段天线单元能够采用贴片天线、介质天线及磁电偶极子不同类型低剖面特性单元,微波频段天线单元的馈电结构能够采用缝隙、L型探针、同轴不同方式做馈源进行馈电,n*m个具有透镜轮廓的介质单元在做毫米波频段透镜的同时共同用作微波频段天线单元中结构复用介质贴片结构,通过在n*m个具有透镜轮廓的介质单元的上下表面增加利用等效介电常数方式实现的毫米波频段匹配层，使得介质单元结构在毫米波频段具有高透射率，提高毫米波天线单元的增益,同时在微波波段保持低透射率以实现性能良好的介质贴片天线,毫米波天线单元能够组成n*m阵列，提供n*m个共存波束。

本发明的优点是：可同时工作于微波和毫米波两个频段，天线在毫米波段可实现每个毫米波天线单元的波束方向改变，适用于新一代通信的低成本小型基站。本发明的双频天线具有大频比、宽频带特性，双频天线结构紧凑，复用介质贴片结构实现了共口径，双频天线在毫米波段具有多个波束通过改变波束方向提高了n*m个毫米波频段天线单元形成的n*m个波束的总体覆盖范围，双频天线在微波段和毫米波段均具有高增益特性，利用低介电常数实现了宽带介质贴片天线。

附图说明