基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，其包括可重构哈达玛矩阵电路和阵列天线，其中可重构哈达玛矩阵电路包括多个同反相耦合器以及多个开关，使多个同反相耦合器之间具有不同的连接状态，阵列天线包括多个天线单元，可重构哈达玛矩阵电路接收馈入信号并将其输出信号发送至阵列天线。本发明专利技术利用了哈达玛矩阵的特性，以及双波束扫描阵列天线能够实现双波束类型的切换扫描的特性，通过切换激励端口以及改变偏置电压实现双波束切换扫描，实现了尺寸的压缩和拓扑的简化。与基于传统波束赋形网络的多波束阵列天线相比，能够以较低的网络复杂度实现较高的波束数量、扫描效率和较大的扫描范围。本发明专利技术应用于无线通信技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线
本专利技术涉及无线通信
，尤其是一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线。
技术介绍
多波束阵列天线能够在特定的方向上形成高增益波束，从而减少多径效应，具有抗干扰能力强、传输效率高、覆盖范围广等优点，因此在雷达、遥感、移动通信、卫星通信等无线通信系统中得以广泛应用。多波束阵列天线主要由波束赋形网络和阵列天线组成。传统波束赋形网络比如巴特勒矩阵、诺兰矩阵、布莱斯矩阵、罗曼透镜等能为天线单元提供特定幅度和相位差的信号，使阵列天线往某一个特定的方向辐射。通过切换激励波束赋形网络的输入端口，馈入阵列天线的信号相位差发生改变，从而切换波束的指向。然而，基于传统波束赋形网络的多波束天线阵列只能实现单波束切换扫描。即激励这些波束赋形网络的某一个输入端口，馈入天线单元的信号均为等相位差，阵列天线只能产生一个指向的波束。此外，构建这些矩阵所需要的元件以及波束赋形网络的拓扑复杂度随着端口数的增加呈指数型增长。这极大地限制了多波束阵列天线的波束数量、扫描范围和扫描效率。面对这些问题，如何实现多波束阵列的双波束切换扫描，在有限的网络复杂度实现更大范围更多波束的扫描变得十分重要。
技术实现思路
针对上述至少一个技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线。一方面，本专利技术实施例包括一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，包括：包括可重构哈达玛矩阵电路和阵列天线；所述可重构哈达玛矩阵电路包括第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器、第一开关、第二开关；所述第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器分别包括一个同相输入端、一个反相输入端和两个输出端；所述第一同反相耦合器还包括一个偏置电压端，所述偏置电压端用于获取偏置电压，所述可重构哈达玛矩阵用于根据所述偏置电压的正负性工作在相应的工作状态；所述第一开关用于将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的反相输入端连接；所述第二开关用于将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的反相输入端连接；所述阵列天线包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元；所述第一天线单元与所述第二同反相耦合器的一个输出端连接，所述第二天线单元与所述第二同反相耦合器的另一个输出端连接，所述第三天线单元与所述第三同反相耦合器的一个输出端连接，所述第四天线单元与所述第三同反相耦合器的另一个输出端连接。进一步地，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一介质基板和第二介质基板；所述第一介质基板和所述第二介质基板分别包括上表面和下表面；所述可重构哈达玛矩阵电路是以微带工艺在所述第一介质基板的上表面制作的，所述阵列天线是以微带工艺在所述第二介质基板的下表面制作的。进一步地，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容；所述第一介质基板的上表面设置第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口、第六端口；所述第一同反相耦合器的同相输入端通过所述第一电容与所述第一端口连接；所述第一同反相耦合器的反相输入端通过所述第二电容与所述第二端口连接；所述第二同反相耦合器的一个输出端通过所述第三电容与所述第三端口连接；所述第二同反相耦合器的另一个输出端通过所述第四电容与所述第四端口连接；所述第三同反相耦合器的一个输出端通过所述第五电容与所述第五端口连接；所述第三同反相耦合器的另一个输出端通过所述第六电容与所述第六端口连接。进一步地，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一电感、第二电感、第三电感；所述第一介质基板的下表面设有金属地；所述第一介质基板设有第一金属化过孔和第二金属化过孔，所述第一金属化过孔的一端和所述第二金属化过孔的一端与所述第一介质基板的金属地连接；所述第一同方向耦合器通过所述第一电感与所述偏置电压端连接；所述第二同反相耦合器通过所述第二电感与所述第一金属化过孔的另一端连接；所述第三同反相耦合器通过所述第三电感与所述第二金属化过孔的另一端连接。进一步地，所述第一介质基板、所述第二介质基板均采用厚度为0.813mm、介电常数为3.38的RogersRT/Duroid4003材料制造得到。进一步地，所述第一天线单元包括第一微带馈电结构、第一微带辐射结构，所述第一微带馈电结构位于所述第二介质基板的下表面，所述第一微带辐射结构位于所述第二介质基板的上表面，所述第一微带馈电结构和第一微带辐射结构通过金属化过孔连接；所述第一微带馈电结构通过电缆与所述第三端口连接；所述第二天线单元包括第二微带馈电结构、第二微带辐射结构，所述第二微带馈电结构位于所述第二介质基板的下表面，所述第二微带辐射结构位于所述第二介质基板的上表面，所述第二微带馈电结构和第二微带辐射结构通过金属化过孔连接；所述第二微带馈电结构通过电缆与所述第四端口连接；所述第三天线单元包括第三微带馈电结构、第三微带辐射结构，所述第三微带馈电结构位于所述第二介质基板的下表面，所述第三微带辐射结构位于所述第二介质基板的上表面，所述第三微带馈电结构和第三微带辐射结构通过金属化过孔连接；所述第三微带馈电结构通过电缆与所述第五端口连接；所述第四天线单元包括第四微带馈电结构、第四微带辐射结构，所述第四微带馈电结构位于所述第二介质基板的下表面，所述第一微带辐射结构位于所述第二介质基板的上表面，所述第四微带馈电结构和第四微带辐射结构通过金属化过孔连接；所述第四微带馈电结构通过电缆与所述第六端口连接。进一步地，所述第一天线单元、所述第二天线单元、所述第三天线单元、所述第四天线单元依次等间距排列，相邻的两个天线单元之间关于中轴对称。进一步地，所述第一开关包括第一开关二极管、第二开关二极管；所述第一开关二极管的正极与所述第二同反向耦合器的同相输入端连接；所述第一开关二极管的负极、所述第二开关二极管的正极与所述第一同反向耦合器的一个输出端连接；所述第二开关二极管的负极与所述第一同反向耦合器的反相输入端连接。进一步地，所述第二开关包括第三开关二极管、第四开关二极管；所述第三开关二极管的负极与所述第三同反向耦合器的同相输入端连接；所述第三开关二极管的正极、所述第四开关二极管的负极与所述第一同反向耦合器的另一个输出端连接；所述第四开关二极管的正极与所述第三同反向耦合器的反相输入端连接。进一步地，所述第一开关二极管、第二开关二极管、第三开关二极管、第四开关二极管的型号均为BAR50-02V。本专利技术的有益效果是：本实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，其特征在于，包括可重构哈达玛矩阵电路和阵列天线；/n所述可重构哈达玛矩阵电路包括第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器、第一开关、第二开关；所述第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器分别包括一个同相输入端、一个反相输入端和两个输出端；/n所述第一同反相耦合器还包括一个偏置电压端，所述偏置电压端用于获取偏置电压，所述可重构哈达玛矩阵用于根据所述偏置电压的正负性工作在相应的工作状态；/n所述第一开关用于将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的反相输入端连接；所述第二开关用于将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的反相输入端连接；/n所述阵列天线包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元；所述第一天线单元与所述第二同反相耦合器的一个输出端连接，所述第二天线单元与所述第二同反相耦合器的另一个输出端连接，所述第三天线单元与所述第三同反相耦合器的一个输出端连接，所述第四天线单元与所述第三同反相耦合器的另一个输出端连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，其特征在于，包括可重构哈达玛矩阵电路和阵列天线；
所述可重构哈达玛矩阵电路包括第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器、第一开关、第二开关；所述第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器分别包括一个同相输入端、一个反相输入端和两个输出端；
所述第一同反相耦合器还包括一个偏置电压端，所述偏置电压端用于获取偏置电压，所述可重构哈达玛矩阵用于根据所述偏置电压的正负性工作在相应的工作状态；
所述第一开关用于将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的反相输入端连接；所述第二开关用于将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的反相输入端连接；
所述阵列天线包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元；所述第一天线单元与所述第二同反相耦合器的一个输出端连接，所述第二天线单元与所述第二同反相耦合器的另一个输出端连接，所述第三天线单元与所述第三同反相耦合器的一个输出端连接，所述第四天线单元与所述第三同反相耦合器的另一个输出端连接。


2.根据权利要求1所述的基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，其特征在于，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一介质基板和第二介质基板；
所述第一介质基板和所述第二介质基板分别包括上表面和下表面；
所述可重构哈达玛矩阵电路是以微带工艺在所述第一介质基板的上表面制作的，所述阵列天线是以微带工艺在所述第二介质基板的下表面制作的。


3.根据权利要求2所述的基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，其特征在于，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容；
所述第一介质基板的上表面设置第一端口、第二端口、第三端口、第四端口、第五端口、第六端口；
所述第一同反相耦合器的同相输入端通过所述第一电容与所述第一端口连接；
所述第一同反相耦合器的反相输入端通过所述第二电容与所述第二端口连接；
所述第二同反相耦合器的一个输出端通过所述第三电容与所述第三端口连接；
所述第二同反相耦合器的另一个输出端通过所述第四电容与所述第四端口连接；
所述第三同反相耦合器的一个输出端通过所述第五电容与所述第五端口连接；
所述第三同反相耦合器的另一个输出端通过所述第六电容与所述第六端口连接。


4.根据权利要求3所述的基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，其特征在于，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一电感、第二电感、第三电感；
所述第一介质基板的下表面设有金属地；
所述第一介质基板设有第一金属化过孔和第二金属化过孔，所述第一金属化过孔的一端和所述第二金属化过孔的一端与所述第一介质基板的金属地连接；
所述第一同方向耦合器通过所述第一电感与所述偏置电压端连接；
所述第二同反相耦合器通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑少勇，温佳敏，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44