CN114204282A - 一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线 - Google Patents

一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线 Download PDF

Info

Publication number
CN114204282A
CN114204282A CN202111484538.0A CN202111484538A CN114204282A CN 114204282 A CN114204282 A CN 114204282A CN 202111484538 A CN202111484538 A CN 202111484538A CN 114204282 A CN114204282 A CN 114204282A
Authority
CN
China
Prior art keywords
array
channels
transmitting
receiving
symmetrical channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111484538.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114204282B (zh
Inventor
李斌
张金平
胡啸
邓晔
马天野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 14 Research Institute
Original Assignee
CETC 14 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 14 Research Institute filed Critical CETC 14 Research Institute
Priority to CN202111484538.0A priority Critical patent/CN114204282B/zh
Publication of CN114204282A publication Critical patent/CN114204282A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114204282B publication Critical patent/CN114204282B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本申请公开了一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线，该阵列天线包括：发射线阵和接收线阵；发射线阵的通道数为12，发射线阵设置于阵列天线的左侧，发射线阵由上下两部分对称通道组成，发射线阵的上下两部分对称通道为6列×2行的通道；接收线阵的通道数为16，接收线阵设置于阵列天线的右侧，接收线阵由上下两部分对称通道组成，接收线阵的上下两部分对称通道为8列×2行的通道，其中，发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，发射线阵中的通道被配置为分时工作，接收线阵被配置为同时工作。通过本申请中的技术方案，解决了毫米波成像***中阵列天线阵列规模较大、通道数众多的问题。

Description

一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线
技术领域
本申请涉及阵列天线的技术领域，具体而言，涉及一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线。
背景技术
近几年来，随着固态微波器件和微波集成电路的快速发展，毫米波检测和成像技术的应用需求日益迫切，特别是在汽车自动驾驶、机场车站安检等领域。其中，工作频率处于W波段的毫米波成像***由于短波长和大带宽等因素得到更多的应用。此类毫米波成像***具有对待测目标高精度成像的能力。
而为了实现这个目的，这类***需要具备很大的阵列孔径，从而满足***所要求的窄波束。这会使得毫米波成像***通道数众多，阵列规模可达一万个通道甚至更多，从而使得***复杂度和成本均显著提高，同时对器件集成度以及封装工艺水平也有更高的要求。
发明内容
本申请的目的在于：解决毫米波成像***中因阵列天线阵列规模较大、通道数众多而导致的***复杂、成本较高的问题。
本申请的技术方案是：提供了一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线，该阵列天线适用于W波段毫米波成像***，阵列天线包括：发射线阵和接收线阵；发射线阵的通道数为12，发射线阵设置于阵列天线的左侧，发射线阵由上下两部分对称通道组成，发射线阵的上下两部分对称通道为6列×2行的通道；接收线阵的通道数为16，接收线阵设置于阵列天线的右侧，接收线阵由上下两部分对称通道组成，接收线阵的上下两部分对称通道为8列×2行的通道，其中，发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，发射线阵中的通道被配置为分时工作，接收线阵被配置为同时工作。
上述任一项技术方案中，进一步地，发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，具体为：发射线阵中相邻的两个通道之间的第一间距为2λ0；接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距为λ0/2，其中，λ0为中心频率波长。
上述任一项技术方案中，进一步地，发射线阵和接收线阵的各个通道内均设置有多阵元串馈微带贴片天线阵。
上述任一项技术方案中，进一步地，多阵元串馈微带贴片天线阵的阵元数量为16个。
本申请的有益效果是：
本申请中的技术方案，引入虚拟阵列天线的概念，设定由6列×2行通道数的16阵元串馈微带贴片天线阵组成发射线阵，由8列×2行通道数的16阵元串馈微带贴片天线阵组成接收线阵，其中，发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，使得组成的阵列天线在显著减少天线单元和阵列通道数的同时，保持同等指标的阵列方向图。在虚拟阵列中，发射波束和接收波束是由收发分置的阵列单独产生。阵列双程方向图可以表达为发射方向图与接收方向图的乘积。双程方向图中的栅瓣可以通过调整优化收发阵列孔径来抑制。当发射波束的栅瓣与接收波束的零点调整到同一角度时，双程方向图的栅瓣即得到了抑制，反之亦然。
在本申请的优选实现方式中，利用有限的实体阵元(8列×2行的接收线阵)产生规模极大的虚拟阵列，可以在显著减少天线单元和阵列通道数的同时保持同等指标的阵列方向图。该阵列天线使得毫米波成像***具有大的阵列孔径、窄波束宽度和高分辨精度，同时***的硬件规模和整机成本均能得到有效的控制。该阵列天线在毫米波高精度成像***中具有重要应用价值。
附图说明
本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请的一个实施例的阵列天线中虚拟阵列布局示意图；
图2是根据本申请的一个实施例的基于虚拟阵列的大规模阵列天线原理的示意图；
图3是根据本申请的一个实施例的虚拟阵列布局发射方向图和接收方向图的仿真图；
图4是根据本申请的一个实施例的虚拟阵列双程方向图的仿真图。
其中，1-发射通道；2-接收通道；3-虚拟接收通道；4-16阵元串馈微带贴片阵列；5-发射线阵；6-接收线阵。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本实施例中，W波段毫米波成像***为了形成窄波束，需要具备很大的阵列孔径，从而使得***复杂度和整机成本显著提升。因此，为保证在实现窄波束的前提下大幅降低阵列天线的通道数，如图1所示，本实施例提供了一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线，该阵列天线适用于W波段毫米波成像***，阵列天线包括：发射线阵和接收线阵；发射线阵的通道数为12，发射线阵设置于阵列天线的左侧，发射线阵由上下两部分对称通道组成，发射线阵的上下两部分对称通道为6列×2行的通道；接收线阵的通道数为16，接收线阵设置于阵列天线的右侧，接收线阵由上下两部分对称通道组成，接收线阵的上下两部分对称通道为8列×2行的通道，其中，发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，发射线阵中的通道被配置为分时工作，接收线阵被配置为同时工作。
进一步的，发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，具体为：发射线阵中相邻的两个通道之间的第一间距为2λ0；接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距为λ0/2，其中，λ0为中心频率波长。
为了阐明本实施例中阵列天线的工作原理，如图2所示，当发射通道的第一间距为接收通道的第二间距的4倍时，通过发射通道TX1和TX2的分时工作以及接收通道RX1～RX4的同时工作，可以等效出1个发射通道和8个接收通道的虚拟阵列，可以基于多输入多输出(MIMO)阵列的设计理念实现。
设定当发射通道TX1工作、发射通道TX2关闭时，所对应的接收通道是RX1～RX4；根据虚拟阵列中的相对相位关系原理，当发射通道TX1关闭、发射通道TX2工作时，可以虚拟出接收通道RX5～RX8，这样就形成了由RX1～RX8所组成的含8个接收通道的虚拟阵列。因此，能够显著降低阵列天线中的通道需求量。
因此，利用上述原理，设定发射通道的第一间距为2λ0，接收通道的第二间距为λ0/2，其中，λ0为中心频率所对应的波长。通过发射通道TX1～TX6的分时工作，可以产生48列×32行的虚拟阵列，其规模远大于实体发射通道及接收通道。
在上述实施例的基础上，为了更好地保证收发通道之间的隔离度，本实施例中发射线阵与接收线阵之间的第三间距大于2λ0。
具体的，该阵列天线包括由12个发射通道(6列×2行)组成的发射线阵5和由16个接收通道(8列×2行)组成的接收线阵6，发射线阵5和接收线阵6可分成上下对称的两部分，每部分中发射通道标记为TX1～TX6，接收通道标记为RX1～RX8。每个发射通道或接收通道均连接一个16阵元的串馈微带贴片天线阵4。接收线阵6的间距为λ0/2，发射线阵5的间距为2λ0。
通过发射通道TX1～TX6的分时工作，可以产生48列×32行的虚拟阵列。当发射通道TX1工作、其它通道关闭时，所对应的接收通道是RX1～RX8；当发射通道TX2工作、其它通道关闭时，可以虚拟出8个接收通道RX9～RX16；当发射通道TX3工作、其它通道关闭时，可以虚拟出8个接收通道RX17～RX24；当发射通道TX4工作、其它通道关闭时，可以虚拟出8个接收通道RX25～RX32；当发射通道TX5工作、其它通道关闭时，可以虚拟出8个接收通道RX33～RX40；当发射通道TX6工作、其它通道关闭时，可以虚拟出8个接收通道RX41～RX48。
综上，这样就形成了含48个接收通道的虚拟阵列，其规模远大于实体发射通道及接收通道。
优选的，发射线阵和接收线阵的各个通道内均设置有多阵元串馈微带贴片天线阵。
优选的，多阵元串馈微带贴片天线阵的阵元数量为16个。
通过对上述阵列天线的仿真，对阵列天线的性能进行分析。
首先，对虚拟阵列的发射方向图和接收方向图进行了分析仿真，结果如图3所示。可以得出，发射方向图存在明显的栅瓣，具体原因是发射通道为大间距稀疏排布。同时，在发射方向图存在栅瓣的角度，接收方向图恰好是零点位置。因此，通过发射方向图和接收方向图的双程叠加，可以抑制双程方向图的栅瓣。
其次，对虚拟阵列的主平面方向图进行了分析计算，结果如图4所示。可以得出，虚拟阵列在水平面和垂直面均不存在栅瓣，同时在两个平面都具有窄的波束宽度，分别为2.1度和2.5度。如果适当增加发射通道数或接收通道数，还可以进一步缩小波束宽度。
综上，本实施例中的阵列天线通过收发阵列构型的联合优化来抑制栅瓣，当发射波束的栅瓣(或零点)与接收波束的零点(或栅瓣)调整到同一角度时，双程方向图的栅瓣即得到了抑制。
以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线，该阵列天线适用于W波段毫米波成像***，阵列天线包括：发射线阵和接收线阵；发射线阵的通道数为12，发射线阵设置于阵列天线的左侧，发射线阵由上下两部分对称通道组成，发射线阵的上下两部分对称通道为6列×2行的通道；接收线阵的通道数为16，接收线阵设置于阵列天线的右侧，接收线阵由上下两部分对称通道组成，接收线阵的上下两部分对称通道为8列×2行的通道，其中，发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，发射线阵中的通道被配置为分时工作，接收线阵被配置为同时工作。通过本申请中的技术方案，解决毫米波成像***中因阵列天线阵列规模较大、通道数众多而导致的***复杂、成本较高的问题。
本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (4)

1.一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线，其特征在于，所述阵列天线适用于W波段毫米波成像***，所述阵列天线包括：发射线阵和接收线阵；
所述发射线阵的通道数为12，所述发射线阵设置于所述阵列天线的左侧，所述发射线阵由上下两部分对称通道组成，所述发射线阵的上下两部分对称通道为6列×2行的通道；
所述接收线阵的通道数为16，所述接收线阵设置于所述阵列天线的右侧，所述接收线阵由上下两部分对称通道组成，所述接收线阵的上下两部分对称通道为8列×2行的通道，
其中，所述发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为所述接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，
所述发射线阵中的通道被配置为分时工作，所述接收线阵被配置为同时工作。
2.如权利要求1所述的基于虚拟阵列的大规模阵列天线，其特征在于，所述发射线阵中相邻两个通道之间的第一间距为所述接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距的四倍，具体为：
所述发射线阵中相邻的两个通道之间的第一间距为2λ0；
所述接收线阵中相邻的两个通道之间的第二间距为λ0/2，
其中，所述λ0为中心频率波长。
3.如权利要求1所述的基于虚拟阵列的大规模阵列天线，其特征在于，所述发射线阵和所述接收线阵的各个通道内均设置有多阵元串馈微带贴片天线阵。
4.如权利要求3所述的基于虚拟阵列的大规模阵列天线，其特征在于，所述多阵元串馈微带贴片天线阵的阵元数量为16个。
CN202111484538.0A 2021-12-07 2021-12-07 一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线 Active CN114204282B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111484538.0A CN114204282B (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111484538.0A CN114204282B (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114204282A true CN114204282A (zh) 2022-03-18
CN114204282B CN114204282B (zh) 2024-02-06

Family

ID=80650949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111484538.0A Active CN114204282B (zh) 2021-12-07 2021-12-07 一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114204282B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114660666A (zh) * 2022-04-29 2022-06-24 任志强 一种手持式穿透扫描成像雷达卷烟探测仪

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104901022A (zh) * 2014-03-05 2015-09-09 德尔福技术有限公司 具有改进的栅瓣特性的mimo天线
DE102017214575A1 (de) * 2017-08-21 2019-02-21 Astyx Gmbh Abbildendes Radarsystem mit einem Empfangsarray zur Winkelbestimmung von Objekten in zwei Dimensionen durch eine gespreizte Anordnung der Empfangsantennen einer Dimension
CN109444891A (zh) * 2019-01-08 2019-03-08 浙江力邦合信智能制动***股份有限公司 一种毫米波雷达天线***及解耦方法
CN110098468A (zh) * 2019-04-09 2019-08-06 惠州市德赛西威智能交通技术研究院有限公司 一种三发四收宽波束天线
CN209356675U (zh) * 2019-01-08 2019-09-06 浙江力邦合信智能制动***股份有限公司 一种毫米波雷达天线***
CN110456313A (zh) * 2019-08-27 2019-11-15 青岛若愚科技有限公司 应用于矩形微带毫米波雷达传感器的装置
US20190386712A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 Metawave Corporation Virtual beam steering using mimo radar
CN111180905A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 福瑞泰克智能***有限公司 阵列天线布阵和汽车
CN111175703A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 福瑞泰克智能***有限公司 天线发波方法和天线布阵
CN112567262A (zh) * 2019-07-22 2021-03-26 华为技术有限公司 一种雷达***及车辆
US20210135353A1 (en) * 2017-10-02 2021-05-06 Rfisee Ltd Two-Dimensional Phased Array Antenna
WO2021082147A1 (zh) * 2019-10-28 2021-05-06 惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司 一种模块化毫米波雷达
CN112946582A (zh) * 2021-04-02 2021-06-11 华域汽车***股份有限公司 一种基于车载mimo雷达的天线阵列及其使用方法
CN113644437A (zh) * 2021-08-19 2021-11-12 深圳市道通智能汽车有限公司 一种微带天线及毫米波雷达

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104901022A (zh) * 2014-03-05 2015-09-09 德尔福技术有限公司 具有改进的栅瓣特性的mimo天线
DE102017214575A1 (de) * 2017-08-21 2019-02-21 Astyx Gmbh Abbildendes Radarsystem mit einem Empfangsarray zur Winkelbestimmung von Objekten in zwei Dimensionen durch eine gespreizte Anordnung der Empfangsantennen einer Dimension
US20210135353A1 (en) * 2017-10-02 2021-05-06 Rfisee Ltd Two-Dimensional Phased Array Antenna
US20190386712A1 (en) * 2018-06-14 2019-12-19 Metawave Corporation Virtual beam steering using mimo radar
CN109444891A (zh) * 2019-01-08 2019-03-08 浙江力邦合信智能制动***股份有限公司 一种毫米波雷达天线***及解耦方法
CN209356675U (zh) * 2019-01-08 2019-09-06 浙江力邦合信智能制动***股份有限公司 一种毫米波雷达天线***
CN110098468A (zh) * 2019-04-09 2019-08-06 惠州市德赛西威智能交通技术研究院有限公司 一种三发四收宽波束天线
CN112567262A (zh) * 2019-07-22 2021-03-26 华为技术有限公司 一种雷达***及车辆
CN110456313A (zh) * 2019-08-27 2019-11-15 青岛若愚科技有限公司 应用于矩形微带毫米波雷达传感器的装置
WO2021082147A1 (zh) * 2019-10-28 2021-05-06 惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司 一种模块化毫米波雷达
CN111180905A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 福瑞泰克智能***有限公司 阵列天线布阵和汽车
CN111175703A (zh) * 2019-12-31 2020-05-19 福瑞泰克智能***有限公司 天线发波方法和天线布阵
CN112946582A (zh) * 2021-04-02 2021-06-11 华域汽车***股份有限公司 一种基于车载mimo雷达的天线阵列及其使用方法
CN113644437A (zh) * 2021-08-19 2021-11-12 深圳市道通智能汽车有限公司 一种微带天线及毫米波雷达

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114660666A (zh) * 2022-04-29 2022-06-24 任志强 一种手持式穿透扫描成像雷达卷烟探测仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN114204282B (zh) 2024-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101706882B1 (ko) 무선 단말기의 성능을 테스팅하기 위한 방법 및 디바이스
CN110190401B (zh) 天线阵列校准***和方法
EP2347531B1 (en) Over-the-air test
CN109155459B (zh) 适用于aas校准的天线元件和装置
JP2022106819A (ja) セルラーネットワークにおいて使用される通信デバイス、同通信デバイスに実装されるモジュール、及び同通信デバイスにおけるビーム制御の方法
US20170019154A1 (en) Massive mimo array emulation
CN107785665B (zh) 一种混合结构双频双波束三列相控阵天线
CN109412723B (zh) 一种mimo信道分析模型、建模方法及计算机可读存储介质
US7812768B2 (en) Multiple input multiple output antenna
Baniya et al. Switched-beam endfire planar array with integrated 2-D Butler matrix for 60 GHz chip-to-chip space-surface wave communications
CN113745820A (zh) 校准电路板及包含该校准电路板的天线装置
CN114204282A (zh) 一种基于虚拟阵列的大规模阵列天线
Mei et al. Envelope correlation coefficient for multiple MIMO antennas of mobile terminals
Zhang et al. Holographic integrated sensing and communications: Principles, technology, and implementation
Fan et al. Reproducing standard SCME channel models for massive MIMO base station radiated testing
CN114267954A (zh) 一种基于虚拟阵元的大规模串馈微带阵列天线
CN111953429A (zh) 相控阵天线测试***及测试方法
US9397394B2 (en) Antenna arrays with modified Yagi antenna units
CN210742489U (zh) 射频前端收发装置、车载雷达收发***
Wu et al. Reconfigurable hybrid beamforming for dual-polarized mmWave MIMO channels
CN113206372A (zh) 阵列天线装置及其制备方法和电子设备
WO2013028060A1 (en) An antenna to produce multiple beams and a method thereof
Wang et al. An analytical approach for antenna performance evaluation for MIMO systems
CN211980895U (zh) 校准电路板及包含该校准电路板的天线装置
CN217181199U (zh) 一种雷达装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant