一种非规整布局的圆极化阵列天线和馈电方法技术

本发明专利技术公开了一种非规整布局的圆极化阵列天线，其特征在于：包括n个依序设置的天线单元，所述天线单元中的第i个天线单元相对于第1个天线单元具有旋转角度φi，且该天线单元相对于第1个天线单元的馈电相位也为φi，其中i＝1，2，3……n。本发明专利技术中的天线单元可以根据实际情况任意布置，即天线位置点和馈电方向可根据需要任意选定，特别适用于空间受限且不规整的应用场景。本发明专利技术中的馈电方法可以在保证圆极化列阵天线增益的前提下，同时保证了在主瓣角域范围内的圆极化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种非规整布局的圆极化阵列天线和馈电方法
本专利技术涉及天线领域，尤其是涉及一种非规整布局的圆极化阵列天线和馈电方法。
技术介绍
随着卫星通信相关领域的技术发展，简单的线极化天线越来越不能满足使用需求，由于圆极化天线以其特有的技术特点，信号传输过程没有极化偏转，从而可以避免线极化天线传输过程中因极化偏转引起的信号衰减的缺点，除此之外，圆极化信号遇到障碍物返回时极化旋向反向，因此具备很强的抗干扰能力。为提高天线增益，往往需要对天线进行组阵，而常见的圆极化阵列天线往往采用平行齐置的并馈方式或旋转馈电方式，前者要求天线单元馈电方向一致，后者要求天线单元按圆周均匀分布且馈电方向顺序递转360°/n，n为天线单元个数，而在实际的工程应用中，给天线预留的空间往往受限且不规整，天线单元无法规整布局，且工程实现中同时需要考虑馈电网络的布线，要保证提高增益的同时兼顾各角域的圆极化性能，现有的两种馈电方式均不适用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是针对上述现有技术中存在的问题，提出一种天线单元位置任意布局、馈电方向任意放置的圆极化阵列天线馈电方法。本专利技术的技术方案为：一种非规整布局的圆极化阵列天线，其特征在于：包括n个依序设置的天线单元，所述天线单元中的第i个天线单元相对于第1个天线单元具有旋转角度，且该天线单元相对于第1个天线单元的馈电相位为φi，其中i＝1,2,3……n。馈电相位是由馈线长度决定的，即每个单元需要给多少相位，就要设计相应的走线长度，长度越长，相位越滞后。更进一步的，所述天线单元为圆极化天线。圆极化天线具有如下技术特点，信号传输过程没有极化偏转，从而可以避免线极化天线传输过程中因极化偏转引起的信号衰减的缺点，除此之外，圆极化信号遇到障碍物返回时极化旋向反向，因此具备很强的抗干扰能力。更进一步的，当天线单元处于右旋圆极化时，第i个天线单元的馈电相位为φi；当天线单元处于左旋圆极化时，第i个天线单元的馈电相位为-φi。一种非规整布局的圆极化列阵天线的馈电方法，其特征在于包括以下步骤：首先，根据版图尺寸设置n个圆极化天线单元，所述圆极化天线单元的旋转角度根据版图排版进行任意设置，为保证阵列天线的合成增益以及圆极化性能，所述n个圆极化天线单元的馈电相位的取值通过以下方法求取：当天线单元的极化旋向为右旋圆极化时，馈电相位的取值解析包括以下步骤：步骤1：首先通过公式(1)假设天线单元的电场分量，式中，Ex1为第1个天线单元在x轴方向的电场分量,Ey1为第1个天线单元在y轴方向的电场分量,ω为角速度,t为时间，Em为电场幅度；步骤2：不考虑馈电网络附加相移，对坐标系旋转进行变换处理。所谓馈电网络附加相移就是说馈电网络的长度带来的相位移动或变化。一般的，坐标系旋转变换公式如下：第i个天线单元的电场分量则通过公式(2)求取：式中，E'xi为坐标系旋转变化后的第i个天线单元在x轴方向上的电场分量；E'yi为坐标系旋转变化后的第i个天线单元在y轴方向上的电场分量；步骤3：对馈电网络引入附加相位Δφi，则有Exi为第i个天线单元在x轴方向的电场分量；Eyi为第i个天线单元在y轴方向的电场分量；步骤4：令Exi≡Ex1，Eyi≡Ey1，即有从而确认-φi+Δφi＝2kπ,k＝0,±1,±2...步骤5：取k＝0，即馈线最短时，Δφi＝φi；当天线单元的极化旋向为左旋圆极化，确定馈电相位的方法包括如下步骤：步骤a：首先通过公式(3)假设天线单元的电场分量，首先通过公式(1)假设天线单元的电场分量，式中，Ex1为第1个天线单元在x轴方向的电场分量，Ey1为第1个天线单元在y轴方向的电场分量,ω为角速度，t为时间，Em为电场幅度；步骤b：不考虑馈电网络附加相移，对坐标系旋转进行变换处理，第i个天线单元的电场分量则通过公式(4)求取：式中，E'xi为坐标系旋转变化后的第i个天线单元在x轴方向上的电场分量；E'yi为坐标系旋转变化后的第i个天线单元在y轴方向上的电场分量；步骤c：对馈电网络引入附加相移Δφi，则有式中，Exi为第i个天线单元在x轴方向的电场分量；Eyi为第i个天线单元在y轴方向的电场分量；步骤d:令Exi≡Ex1，Eyi≡Ey1，即有从而确认φi+Δφi＝2kπ,k＝0,±1,±2...步骤e：取k＝0，即馈线最短时，Δφi＝-φi。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具备如下优点和有益效果：1、本专利技术中的天线单元可以根据实际情况任意布置，即天线位置点和馈电方向可根据需要任意选定，适用于空间受限且不规整的应用场景；2、本专利技术中的馈电方法可以在保证圆极化阵列天线增益的前提下，同时保证了在主瓣角域范围内的圆极化性能。附图说明：图1为本专利技术所述非规整布局的圆极化阵列天线的结构示意图；图2为本专利技术实施例中的圆极化阵列天线的结构示意图；图3为是本专利技术实施例的典型方位面轴比曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定范围。如图2所示，由于天线基本板形状决定，当个天线单元(11；12；13)按直角三角形布局，由于天线单元太靠近基本版边缘，馈线走线空间也及为有限，故馈电方向如图2所示，即以天线单元(12)的馈电角度为参考，记作0度。侧天线单元(11；13)相对于天线单元(12)的馈电角度分别为：-135°和135°。当三个圆极化天线工作在右旋模式时，单元11、12、13的馈电相位分别为-135°，0°，135°；当三个圆极化天线工作在左旋模式时，单元11、12、13的馈电相位分别为135°，0°，-135°。如图3所示，是实施例中的典型方位面轴比曲线图。图3为轴比曲线，纵坐标为轴比，即AxialRatio，简写为AR，单位为dB；横坐标为方向图切面角度，即theta，单位°；theta＝0°就是天线的辐射方向。多条曲线分别是不同的切面，即：不同的phi值，以表征天线的三维辐射特性。轴比是衡量圆极化天线性能最重要的指标，理想值为0dB，轴比值越大表明圆极化性能越差，通常要求圆极化的轴比小于3dB。从这幅曲线上可以看出该种非规整布局的三元阵具有较好的圆极化辐射性能，验证了本专利技术的有效性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非规整布局的圆极化阵列天线，其特征在于：包括n个依序设置的天线单元，所述天线单元中的第i个天线单元相对于第1个天线单元具有旋转角度φi，且该天线单元相对于第1个天线单元的馈电相位也为φi，其中i＝1，2，3……n。

【技术特征摘要】
1.一种非规整布局的圆极化阵列天线，其特征在于：包括n个依序设置的天线单元，所述天线单元中的第i个天线单元相对于第1个天线单元具有旋转角度φi，且该天线单元相对于第1个天线单元的馈电相位也为φi，其中i＝1，2，3……n。2.根据权利要求1所述的一种非规整布局的圆极化阵列天线，其特征在于：所述天线单元为圆极化天线。3.根据权利要求2所述的一种非规整布局的圆极化阵列天线，其特征子在于：当天线单元处于右旋圆极化时，第i个天线单元的馈电相位为φi；当天线单元处于左旋圆极化时，第i个天线单元的馈电相位为-φi。4.一种非规整布局的圆极化列阵天线的馈电方法，其特征在于包括以下步骤：首先，根据版图尺寸设置n个圆极化天线单元，所述圆极化天线单元的旋转角度根据版图排版进行任意设置，为保证阵列天线的合成增益以及圆极化性能，所述n个圆极化天线单元的馈电相位的取值通过以下方法求取：当天线单元的极化旋向为右旋圆极化时，馈电相位的取值解析包括以下步骤：步骤1：首先通过公式(1)假设天线单元的电场分量，式中，Ex1为第1个天线单元在x轴方向的电场分量,Ey1为第1个天线单元在y轴方向的电场分量,ω为角速度,t为时间，Em为电场幅度值；步骤2：不考虑馈电网络附加相移时，对坐标系旋转进行变换处理，第i个天线单元的电场分量则通过公式(2)求取：式中，E'xi为坐标系旋转变化后的第i个天线单元在x...

【专利技术属性】
技术研发人员：章朋，徐文虎，
申请(专利权)人：南京软赫波誉电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32