相控阵天线和单元间互耦控制方法技术

一种相控阵天线（４００），它包括第一阵列单元（４０２）和第二阵列单元（４０４）以及介质分隔器（４０８）。每个第一和第二阵列单元（４０２、４０４）是检测器单元或发射器单元。介质分隔器（４０８）位于第一和第二阵列单元（４０２、４０４）之间并处在第一阵列单元（４０２）和第二阵列单元（４０４）之间的单元间互耦（ＩＭＣ）信号的通路内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相控阵天线和单元间互耦控制方法本专利技术涉及相控阵天线和单元间互耦控制方法，更具体地说，但并不仅仅是，本专利技术涉及互耦控制装置以及采用互耦相位控制的方法。相控阵天线(PAA)通常包括许多阵列单元，它们以预定的通常是均匀的图案分布，或以随机分布图案分布。PAA在性质上可以或者是线性的、或者是平面的、或者是共形的。在传送方式下，平面波前(102)由从阵列单元传播的球面波前(103a-c)产生。平面波前通过对每个阵列单元(104a-c)上的各输入信号应用复合(相位和幅度)权重加以控制，例如见图1。在接收方式下，将复合权重应用于各阵列单元接收的信号，然后进行信号处理以分析组合的接收信号。现参阅图2和3，这些图示出了受控阵列波束的分别转向距视轴O°和30°的和波束(202，302)及差波束(204，304)。这样，PAA不需要物理移动阵列或其单元就使波束能受到控制。与机械控制的图案相比，PAA呈现很高的波束灵活性，因为它们不受与机械控制天线相关联的惯性限制，因为PAA是通过利用复合权重调节幅度和/或相位输入信号来控制的。而且，相控阵天线优于机械控制天线，因为它们提供数字波束形成能力、可跟踪多个目标(例如空中交通控制)、并与自适应调零结合，以便抑制干扰效应，也校正其它效应，例如存在天线罩。PAA有许多与其关联的限制，例如栅瓣，它们限制了阵列的实际的视界角覆盖面(FOR)。栅瓣是附加的主要波束，由于对最大扫描角范围和给定频率使用了过大的单元间阵列间隔而出现。栅瓣也接收来自目标的输入信号，导致目标返回方向不明确。随着阵列间单元-->间隔增加，在接近视轴方向的扫描角处栅瓣更为明显，从而进一步降低了阵列的工作FOR。PAA的另一个限制是单元间互耦(IMC)。这是阵列单元之间的电磁(EM)干扰效应。这种效应导致嵌入到阵列中的每个阵列单元的失真辐射图。IMC对特定单元的嵌入辐射图的影响取决于所述阵列单元相对于所有其它阵列单元的位置(EM环境)。PAA嵌入辐射图的差异导致不希望有的波束控制不精确性。考虑两个相邻的阵列单元，第一单元发射的EM场入射到第二单元，第二单元不一定自己在工作或辐射。第二单元可以影响来自第一单元的磁场，也可吸收和重新辐射它们，于是第二单元的磁场入射到第一单元上。第一单元然后又吸收和重新辐射来自第二单元的磁场。这个过程持续进行，直到达到稳定状态。这样，当将信号加到第一单元上时，两个单元都可以辐射，且每个单元的辐射都可以是多次相互作用的结果。这种干扰的性质，以及嵌入单元图案的失真，取决于单元之间总耦合的幅度和相位。影响特定阵列单元及其嵌入辐射图的IMC信号的幅度和相位取决于其相对于所有其它阵列单元的位置。所以，为了减小阵列单元之间IMC的幅度，增加阵列单元间的间隔是必要的。这样做就有可能减少整个阵列的嵌入辐射图的失真大小。但是，如前所述，增加单元间阵列间隔会由于栅瓣而减小工作FOR。相反，减小单元间阵列间隔可增加PAA的工作FOR，但会导致IMC效应的增加。过去，曾尝试通过减小阵列单元间信号的幅度分量来减少IMC效应。这些尝试包括近场抑制抑制，即，对阵列结构作改变，试图防止近场从一个阵列单元耦合到相邻阵列单元。近场抑制通常通过使用周期地设置在阵列单元之间的薄金属板、挡板或篱笆来减小IMC的幅度。这些结构设计成作为近场的”吸收体(sink)”。-->另一种技术是使用随机稀疏分布阵列。这些阵列利用了以下事实，即，使用大的单元间阵列间隔可以导致IMC效应的减小。由于增加阵列间隔而引起的栅瓣限制可以通过阵列单元的随机分布而避免。使用这种类型阵列的后果是它们必需很大，通常包含100多个单元。也曾采用数学技术来补偿IMC效应。这些技术包括矩阵反型方法，即，从测量阵列单元间的IMC信号来确定复合权重。然后以这样的方式将这些复合权重加到失真的信号上，，即，结果信号等效于不存在IMC时的发射或接收的信号。所述技术的缺点在于要求对每个阵列单元进行IMC校准测量。而且在所述方法中复合权重的施加要求处理器极度强化，这在处理器已强化的环境中是不理想的。按照本专利技术的第一方面，提供了一种相控阵天线，它包括第一阵列单元和第二阵列单元以及介质分隔器，介质分隔器设置在第一阵列单元和第二阵列单元之间，在第一和第二阵列单元之间的单元间互耦(IMC)信号的通路内。介质分隔器提供了一种手段来改变第二阵列单元所接收信号的相位分量，所述相位分量是由于第一阵列单元工作引起的IMC而形成的。阵列单元和介质分隔器的这种结构可以控制IMC对嵌入单元辐射图的影响。在栅瓣和阵列的工作FOR方面，它也放宽了对阵列设计的各种设计制约。在使阵列单元的嵌入辐射图失真方面，互耦阵列单元间的相位关系比幅度的影响更大，这一事实已被理解并被利用。比起先有的近场技术，这种相位关系的控制可以对IMC对嵌入辐射图的影响提供更多的控制。在减少栅瓣而增加阵列的工作FOR方面，这种结构也放宽了对阵列设计的各种设计制约。这种结构也利于阵列设计，因为在一定程度上它提供了减小单元间阵列间隔而同时减小IMC效应的能力。通过抑制与单元间隔和栅瓣关联的上述问题，就能够用较小的阵列而有较大工作FOR性能，这是很有利的。第一和第二阵列单元中任何一个或二者，可以是发射器单元和/-->或检测器单元。介质分隔器可以是以下各项中的任一种或它们的组合：平面墙、环状墙、多个相连平面墙、或多个相连环状墙。这些结构中的任何一种都可包括具有特定轮廓或用不同的介电常数制成的墙。这样，分隔器将各阵列单元与另一阵列单元分隔开，或将单个阵列单元或多个阵列单元与多个阵列单元分隔开。介质分隔器的介电常数εr可在2-40的范围内。介质分隔器的介电常数可在3到12之间。介质分隔器的介电常数可大约为4。介质分隔器可以具有为了减小第一和第二阵列单元之间的IMC而确定的介电常数和宽度的组合。”宽度”是指辐射所通过的分隔器的路径长度。选择材料介电常数和分隔器宽度的适当组合，就可对阵列单元间IMC的相位分量加以控制，这样嵌入辐射图的失真就得以控制。介质分隔器可以设置成增加或减小第一和第二阵列单元间的电通路长度，例如，将阵列嵌入到可变介电常数＞1的材料中。介质分隔器可以设置成控制IMC信号的相位分量，以影响第一和第二阵列单元的嵌入辐射图。阵列可以包括阵列单元的二维阵列、阵列单元的线性阵列或阵列单元的共形阵列。所有阵列单元可以基本上在单一平面上。阵列单元可以设置成网格，例如矩形或方形网格。阵列单元的分布可以是以下任一种图案：六角形、交错或辐射状圆形。每个阵列单元可通过各自的介质分隔器与至少一个相邻阵列单元分隔开。各个介质分隔器可以是离散的或形成为更大的连续介质体(例如介质体网格)的一部分，而阵列单元位于由网格区域分界的空间内。第一和第二阵列单元中的至少一个可以完全由介质分隔器所包围。介质分隔器的不同部分，或不同的介质分隔器，可以具有不同的厚度和/或介电常数相对介电常数。这样，二维相控阵天线可以在调谐到相邻的可能不等效的各阵列单元之间具有介质分隔器。或者，可以存在插入-->两个二维阵列的阵列单元之间的介质分隔器网格。按照本专利技术的第二方面，提供了一种方法来减小第一阵列单元和与第一阵列单元彼此隔开的第二阵列单元之间的IMC效应，所述方法包括：在第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相控阵天线，它包括第一阵列单元和第二阵列单元以及介质分隔器，所述介质分隔器插入在所述第一和第二阵列单元之间并且在所述第一和第二阵列单元之间的单元间互耦信号的通路内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2003-2-1 0302326.4;GB 2003-3-5 0304946.71.一种相控阵天线，它包括第一阵列单元和第二阵列单元以及介质分隔器，所述介质分隔器插入在所述第一和第二阵列单元之间并且在所述第一和第二阵列单元之间的单元间互耦信号的通路内。2.如权利要求1所述的天线，其中所述介质分隔器具有为减小所述第一和第二阵列单元间互耦效应而确定的介电常数、轮廓和/或宽度的组合。3.如权利要求1或2中任一项所述的天线，其中所述介质分隔器设置成增加或减少所述第一和第二阵列单元间的电通路长度。4.如上述权利要求中任一项所述的天线，其中所述介质分隔器设置成控制所述单元间互耦信号的相位分量，以便影响所述第一和第二阵列单元的嵌入辐射图。5.如上述权利要求中任一项所述的天线，其中所述介质分隔器是以下各项中的任一种或它们的组合：平面墙、环状墙、多个相连平面墙、成型墙、多个相连成型墙。6.如上述权利要求中任一项所述的天线，其中所述介质分隔器具有在3到12之间的介电常数。7.如上述权利要求中任一项所述的天线，其中所述阵列包括二维阵列、阵列单元的线性阵列或阵列单元的共形阵列。8.如权利要求7所述的天线，其中所有所述阵列单元基本上在单一平面内。9.如权利要求7或8中任一项所述的天线，其中所述第一和第二阵列单元中至少一个完全由介质分隔器所包围。10.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：BJ休斯，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[]