一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线

本发明属于信号处理及天线设计领域，具体涉及一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线。

背景技术：

1、近年来，毫米波技术在发射机、接收机、天线以及毫米波器件等方面有了重大突破，特别是单片集成毫米波技术的发展，使得毫米波近场探测在实际工程实现中的应用成为现实。

2、毫米波无线电探测应用相对传统微波探测具有明显优势，毫米波近场探测技术进入了广泛应用的新阶段，而毫米波探测具备工作频带极宽、毫米波天线波束宽度窄、毫米波信号多普勒效应明显、毫米波产品相比微波设备具有体积小/重量轻等特点。

3、目前，传统对毫米波无线电信号的高增益捕获采用相控阵体制(一般采用数字多波束接收)，但是相控阵体制在毫米波频段移相芯片技术目前不太成熟，且数字多波束需要每一路都配独立的数字处理通道，导致设备较为复杂、功耗大、成本高，在对设备有轻量化的场景下，不适合实际的工程实现。

4、有鉴于此，本发明提出了一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是如何提供一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线，以解决传统对毫米波无线电信号的高增益捕获设备较为复杂、功耗大、成本高的问题。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提出一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线，该一体化收发天线包括：全向接收天线单元、全向发射天线单元、第一毫米波前端单元、第二毫米波前端单元和开关网络；

5、全向接收天线单元包括：全向接收天线阵列和低噪声放大模块；

6、全向发射天线单元包括：全向发射天线阵列；

7、全向接收天线阵列通过低噪声放大模块连接开关网络，全向发射天线阵列通过第一毫米波前端单元连接开关网络；

8、开关网络连接第二毫米波前端单元；

9、开关网络由接收选择开关结构和发射选择开关结构组成；

10、全向接收天线单元、全向发射天线单元中的天线阵列均采用多个波束较窄的喇叭天线阵列，通过对开关网络中的开关结构进行切换，分时选通接收天线和发射天线，从而实现宽空域的分时覆盖；

11、该一体化收发天线分为两个一体化结构：毫米波收发一体化部分和毫米波处理控制一体化部分；

12、毫米波收发一体化部分包括：全向接收天线阵列、全向发射天线单元、低噪声放大器和第一毫米波前端单元，在结构设计时，将低噪声放大器直接连接到全向接收天线阵列后，安装到一体化部分的机箱上顶层的一侧，全向发射天线单元直接安装到机箱顶层的另一侧，第一毫米波前端单元与机箱共结构设计，安装到机箱内侧，借用机箱壳体当做第一毫米波前端单元的壳体；

13、毫米波处理控制一体化部分包括：开关网络和第二毫米波前端，将其集成到一个分机内部。

14、进一步地，开关网络选用毫米波电子开关实现快速的空域切换。

15、进一步地，全向接收天线单元后需要先接毫米波低噪声放大器，再通过开关阵列将信号选通到变频通道。

16、进一步地，通过开关网络中的开关阵列将微波变频信号送到第一毫米波前端单元中的多路毫米波功放，再由毫米波功放将产生的无线电信号直接经天线发射出去。

17、进一步地，接收天线个数为n，发射天线个数为m，n个接收天线的覆盖空域小于等于m个发射天线的覆盖空域。

18、进一步地，天线阵列采用多个波束较窄的喇叭天线阵通过开关网络中的开关结构实现宽空域分时覆盖。

19、进一步地，全向接收天线阵列采用16元喇叭阵元的天线阵列，每个喇叭天线覆盖方位22.5°的空域，天线输出接口为标准波导，位于天线底部，通过四个这样的天线阵拼接，实现方位360°的全空域覆盖。

20、进一步地，全向发射天线阵列采用4象限分配，采用4元喇叭天线的发射天线阵列，每个喇叭天线覆盖方位90°，天线输出接口为bj320标准波导，位于天线底部。

21、进一步地，开关网络由16路接收选择开关结构和4路发射选择开关结构组成。

22、本发明还提供一种一体化收发天线的工作方法，该方法包括以下步骤：

23、s01、将全向接收天线阵列中的接收天线收到的无线电信号输入到低噪声放大器中；

24、s02、无线电信号通过低噪声放大器处理，实现信号的放大，将经过处理的无线电信号输出到开关网络中；

25、s03、开关网络按照设定的开关切换方式，实现对输入无线电信号的选择，并将选择后的无线电信号输出到第二毫米波前端单元中；同时开关网络接收第二毫米波前端单元输入的无线电信号，并对无线电信号进行分配；

26、s04、毫米波前端单元有两个基本功能，第一毫米波前端单功能为对接收到的无线电信号进行频率的搬移与整形，将毫米波频率搬移到较低的频率处；第二毫米波前端单元功能为对设备产生的无线电信号进行整形与放大，并将经过处理后的信号输出到开关网络中；

27、s05、对开关网络输出的无线电信号传输到全向发射天线单元中，实现对无线电信号的辐射。

28、(三)有益效果

29、本发明提出一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线，本发明的有益效果：本发明采用毫米波收发天线一体化设计技术，将毫米波多波束收发天线、毫米波前端(低噪放或功放)、开关网络高密度集成设计，通过将低噪声放大器直接连接到全向接收天线阵列后，安装到一体化部分的机箱上顶层的一侧，全向发射天线单元直接安装到机箱顶层的另一侧，第一毫米波前端单元与机箱共结构设计，安装到机箱内侧，在大幅减小天线阵列体积、重量的同时，也减少了天线和前端之间的电缆连接损耗，保证了对毫米波信号的高灵敏度捕获和高增益辐射。本发明通过一体化设计技术，完成毫米波产品收发天线的一体化设计。与以往的常规设计相比，外形尺寸和重量都可大幅度减少。

技术特征：

1.一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，该一体化收发天线包括：全向接收天线单元、全向发射天线单元、第一毫米波前端单元、第二毫米波前端单元和开关网络；

2.如权利要求1所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，开关网络选用毫米波电子开关实现快速的空域切换。

3.如权利要求1所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，全向接收天线单元后需要先接毫米波低噪声放大器，再通过开关阵列将信号选通到变频通道。

4.如权利要求1所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，通过开关网络中的开关阵列将微波变频信号送到第一毫米波前端单元中的多路毫米波功放，再由毫米波功放将产生的无线电信号直接经天线发射出去。

5.如权利要求1所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，接收天线个数为n，发射天线个数为m，n个接收天线的覆盖空域小于等于m个发射天线的覆盖空域。

6.如权利要求5所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，天线阵列采用多个波束较窄的喇叭天线阵通过开关网络中的开关结构实现宽空域分时覆盖。

7.如权利要求5所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，全向接收天线阵列采用16元喇叭阵元的天线阵列，每个喇叭天线覆盖方位22.5°的空域，天线输出接口为标准波导，位于天线底部，通过四个这样的天线阵拼接，实现方位360°的全空域覆盖。

8.如权利要求7所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，全向发射天线阵列采用4象限分配，采用4元喇叭天线的发射天线阵列，每个喇叭天线覆盖方位90°，天线输出接口为bj320标准波导，位于天线底部。

9.如权利要求8所述的可应用于毫米波产品的一体化收发天线，其特征在于，开关网络由16路接收选择开关结构和4路发射选择开关结构组成。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的一体化收发天线的工作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线，属于信号处理及天线设计领域。本发明包括全向接收天线单元，用于对外界无线电信号进行全向的捕获；全向发射天线单元，用于实现对产生的无线电信号进行辐射；开关网络，实现对多路捕获的无线电信号进行选择与传输；毫米波前端单元，实现对无线电信号的搬移与放大。通过上述方式，本发明采用收发天线的集成化、一体化设计，不仅可以实现对360°方位内的无线电信号进行有效的捕获，同时满足了设备的轻量化的需求。

技术研发人员：常仁,朱玉鹏
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15