基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法，大间距相控阵为二维平面阵，阵内每个天线单元为零点扫描天线且呈周期性排布，单元之间间距为0.8个波长；所述零点扫描天线包括寄生贴片层、辐射贴片层、馈电层、空气层和金属外壳；所述寄生贴片层包括寄生贴片，所述寄生贴片位于零点扫描天线顶部；所述辐射贴片层位于金属外壳内部；所述辐射贴片层包括馈电探针，所述馈电探针贯穿辐射贴片层和馈电层；所述空气层位于寄生层与辐射贴片层之间。本发明专利技术采用较少规模的天线单元、收发组件等模块，实现大角度、低副瓣、低增益滚降的二维波束扫描，具有低复杂度、低成本的特点，可广泛应用于雷达、移动通信等领域中。移动通信等领域中。移动通信等领域中。

【技术实现步骤摘要】
基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法


[0001]本专利技术涉及大间距相控阵及栅瓣抑制
，具体地，涉及一种基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法。

技术介绍

[0002]相控阵由天线阵列、收发组件、移相器、衰减器等模块组成，具有低剖面、速度快、精度高等特点，已广泛应用于雷达、军事通信、航天探测以及射电天文学等领域。然而，相控阵系统复杂、规模大、成本高，限制了其在不同领域的应用。为了降低传统相控阵的成本，大间距相控已成为一种有效的解决方法。与相同阵面口径的传统相控阵相比，大间距相控阵具有相同的性能，并且其采用更少的天线单元以及收发组件、移相器、衰减器等模块，使得大间距相控阵系统的复杂度和成本大幅减少。然而，随着阵元间距的增大，栅瓣会出现在阵列的波束扫描范围内，并且阵列在波束扫描过程中增益滚降也会变大，从而影响整个相控阵系统的性能。因此，如何有效抑制大间距相控阵的栅瓣并改善增益滚降已成为一个重要的研究方向。
[0003]抑制栅瓣的实现方式有很多，按照方向图乘积原理可以分为两类：一是改变阵因子。这种方式通过天线单元或子阵非周期性排布以及优化馈电幅度比和相位差来实现最优的阵因子方向图，从而实现栅瓣的抑制。这种方法通常没有将阵列波束扫描能力与栅瓣抑制同时考虑。并且，在阵列规模很大时，采用这种方法才具有较好的性能，而随着阵列规模的减少，这种方法的改善能力逐渐削弱。第二种是改变单元因子，利用方向图可重构天线方向图波束指向可调这一特性，减小相控阵的副瓣电平。方向图可重构天线通常只具有一维重构的能力且仅有几种波束指向。对于大间距相控阵，当波束扫描至大角度时，方向图可重构天线的栅瓣抑制能力不足，难以在二维空间内实现低副瓣、大角度扫描。
[0004]专利文献CN106911010A(申请号：CN201710116791.8)公开了一种基于子阵级的大间距相控阵天线，利用子阵的非周期性排布构造了一个单元间距大于1个波长的相控阵，以较少的天线单元和子阵数达到增益，副瓣，栅瓣抑制等要求，降低了天线系统的成本。但该相控阵仅能实现正负10度的波束扫描。
[0005]专利文献CN108023178A(申请号：CN201711248743.0)公开了一种基于方向图可重构天线的大间距相控阵，利用方向图可重构天线构造了一个单元间距为0.7个波长的相控阵，可实现
±
74
°
范围内的波束扫描。但该相控阵在波束扫描至大于30
°
时，副瓣电平就已经大于
‑
10dB。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于零点扫描天线的大间距相控阵及栅瓣抑制方法。
[0007]根据本专利技术提供的基于零点扫描天线的大间距相控阵，大间距相控阵为二维平面阵，阵内每个天线单元为零点扫描天线且呈周期性排布，单元之间间距为0.8个波长；
[0008]所述零点扫描天线包括寄生贴片层、辐射贴片层、馈电层、空气层和金属外壳；
[0009]所述寄生贴片层包括寄生贴片，所述寄生贴片位于零点扫描天线顶部；
[0010]所述辐射贴片层位于金属外壳内部；
[0011]所述辐射贴片层包括馈电探针，所述馈电探针贯穿辐射贴片层和馈电层；
[0012]所述空气层位于寄生层与辐射贴片层之间。
[0013]优选的，所述辐射贴片层还包括辐射贴片、对角线短路探针、地板以及加载变容二极管的阻抗可重构电路；
[0014]所述馈电探针设置在辐射贴片上；
[0015]所述对角线短路探针设置在辐射贴片上，连接辐射贴片和地板；
[0016]所述加载变容二极管的阻抗可重构电路位于辐射贴片边缘处。
[0017]优选的，所述加载变容二极管的阻抗可重构电路包括短路探针、变容二极管、隔直电容、辐射贴片层隔交电感、微带线、辐射贴片层偏置线和偏置探针；
[0018]所述短路探针一端与变容二极管相连，另一端与地板相连；
[0019]所述变容二极管设置在微带线与短路探针之间；
[0020]所述微带线与辐射贴片通过隔直电容相连；
[0021]所述辐射贴片层隔交电感一端并联在微带线上，另外一端与偏置线相连；
[0022]所述偏置探针贯穿辐射贴片层和馈电层，连接辐射贴片层偏置线和馈电层偏置线。
[0023]优选的，所述馈电层包括馈电层偏置线、馈电层隔交电感、扇形电容、馈电微带线和FPC连接器；
[0024]所述馈电层偏置线与FPC连接器相连；
[0025]所述馈电层隔交电感一端与偏置探针相连，另一端与馈电层偏置线相连；
[0026]所述扇形电容放置在1/2波长的短路点处，最大限度减小外加偏置线对天线性能的影响；
[0027]所述馈电微带线与馈电探针相连。
[0028]优选的，通过改变变容二极管上加载的偏置电压以改变变容二极管的容值，从而改变阻抗可重构电路的等效阻抗，进而改变辐射贴片等效辐射缝隙之间的相位差，实现方向图零点和波束指向的同时扫描。
[0029]优选的，天线单元之间间距为0.8个波长。
[0030]优选的，零点扫描天线仅采用4个变容二极管。
[0031]根据本专利技术提供的栅瓣抑制方法，包括：
[0032]步骤1：在大间距相控阵进行波束扫描时，调节零点扫描天线中变容二极管的偏置电压；
[0033]步骤2：将零点扫描天线的方向图零点实时对准阵因子中栅瓣的角度，进行栅瓣抑制，实现低副瓣波束扫描；
[0034]步骤3：随着变容二极管的偏置电压的改变，其波束指向也连续可调，将零点扫描天线主波束的3dB波束宽度覆盖相控阵主瓣的角度，进行低增益滚降波束扫描。
[0035]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0036]1、本专利技术中零点扫描天线可以实现二维零点和波束扫描，不仅可以实现大间距相
控阵的栅瓣抑制，还可以减小大间距相控阵在波束扫描过程中的增益滚降；
[0037]2、本专利技术利用零点扫描天线构造二维周期性排布的大间距相控阵，相比传统相控阵，以较少的天线单元数量达到相同的增益和低副瓣的要求，降低了相控阵系统的成本和复杂度；
[0038]3、本专利技术中大间距相控阵可实现二维波束扫描，在
±
70
°
波束扫描范围内，副瓣电平低于
‑
6.7dB，增益滚降小于3.35dB；
[0039]4、本专利技术中大间距相控阵单元间距0.8个波长，单元之间耦合减弱，当波束扫描至大角度时，能够保持良好的匹配；
[0040]5、本专利技术中零点扫描天线仅采用4个二极管就可以实现二维零点和波束的同时扫描，结构简单、复杂度低、成本低。
附图说明
[0041]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0042]图1为本专利技术大间距相控阵的阵列结构图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于零点扫描天线的大间距相控阵，其特征在于，大间距相控阵为二维平面阵，阵内每个天线单元为零点扫描天线且呈周期性排布；所述零点扫描天线包括寄生贴片层(1)、辐射贴片层(2)、馈电层(3)、空气层(4)和金属外壳(5)；所述寄生贴片层(1)包括寄生贴片(6)，所述寄生贴片(6)位于零点扫描天线顶部；所述辐射贴片层(2)位于金属外壳(5)内部；所述辐射贴片层(2)包括馈电探针(9)，所述馈电探针(9)贯穿辐射贴片层(2)和馈电层(3)；所述空气层(4)位于寄生层(1)与辐射贴片层(2)之间。2.根据权利要求1所述的基于零点扫描天线的大间距相控阵，其特征在于，所述辐射贴片层(2)还包括辐射贴片(7)、对角线短路探针(10)、地板(11)以及加载变容二极管的阻抗可重构电路(12)；所述馈电探针(9)设置在辐射贴片(7)上；所述对角线短路探针(10)设置在辐射贴片(7)上，连接辐射贴片(7)和地板(11)；所述加载变容二极管的阻抗可重构电路(12)位于辐射贴片(7)边缘处。3.根据权利要求2所述的基于零点扫描天线的大间距相控阵，其特征在于，所述加载变容二极管的阻抗可重构电路(12)包括短路探针(8)、变容二极管(13)、隔直电容(14)、辐射贴片层隔交电感(15)、微带线(16)、辐射贴片层偏置线(17)和偏置探针(18)；所述短路探针(8)一端与变容二极管(13)相连，另一端与地板(11)相连；所述变容二极管(13)设置在微带线(16)与短路探针(8)之间；所述微带线(16)与辐射贴片(7)通过隔直电容(14)相连；所述辐射贴片层隔交电感(15)一端并联在微带线(16)上，另外一端与偏置线(17)相连；所述偏置探针(18)贯穿辐射贴片层(2)和馈电层(3)，连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈靖峰，丁子恒，贺冲，刘晗，金荣洪，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：