一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法技术

本发明专利技术公开了天线领域的一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法，相控阵天线包括按照矩形阵列的若干天线单元，所述天线单元的馈电端口均设置为激励点，所有天线单元的激励点作为矩形平面阵，以此作为基准计算相控阵天线的相位分布。本发明专利技术在馈电端口处增设激励点，将激励点作为基准用于计算相控阵天线的相位分布，能够使相控阵天线具有更宽的扫描范围，处理更为灵活，有利于提升系统的性能。有利于提升系统的性能。有利于提升系统的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法


[0001]本专利技术涉及天线领域，具体是一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的发展，相控阵天线技术因其灵活的波束指向和波束形状的快速捷变能力；特别是近年来半导体技术的发展，相控阵天线的成本的下降，进一步促进了相控阵技术的应用普及。
[0003]在相控阵天线中单元间距决定了天线无栅瓣扫描范围，而无栅瓣扫面范围又是衡量相控阵系统的重要指标。为改善这一性能通常设计更小的天线单元，采用紧耦合技术等，但是相控阵天线的宽带扫描范围窄，宽角扫描特性存在较大程度的畸变。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法，结合现有技术，拓展了宽带宽角扫描天线设计的外延，为小型终端用宽带宽角扫描小型终端用天线设计提供了新的思路。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法，相控阵天线包括按照矩形阵列的若干天线单元，所述天线单元的馈电端口均设置为激励点，所有天线单元的激励点作为矩形平面阵，用于计算相控阵天线的相位分布。上述技术方案中，在计算相控阵天线的相位分布时，基于矩形平面阵建立平面坐标系并获得各激励点的坐标，结合坐标以及相位分布公式计算相控阵天线的相位分布，所述相位分布公式为：
[0007][0008]其中λ为天线单元的工作频率的波长，x
i
、y
i
分别为激励点的X坐标与Y坐标，φ
M
为相控阵天线的天线波束指向角，θ
M
为相控阵天线最大指向偏离线阵法相的夹角。
[0009]上述技术方案中，通过TR组件的移相器对平面阵单元进行扫描，以计算相控阵天线的相位分布，所述移相器扫描时采用叠加扫描移相和差分对移相功能。
[0010]有益效果：本专利技术在馈电端口处增设激励点，将激励点作为基准用于计算相控阵天线的相位分布，能够使相控阵天线具有更宽的扫描范围，处理更为灵活，有利于提升系统的性能。
附图说明
[0011]图1是4单元双极化差分馈电相控阵天线阵的示意图。
[0012]图2是本专利技术相控阵天线阵激励点位置。
[0013]图3是本专利技术激励点的相对距离关系。
[0014]图4是本专利技术以天线单元为基准计算的扫描方向图；
[0015]图5是本专利技术以激励点为基准计算的扫描方向图。
[0016]图中：天线单元馈电端口的激励点；1
‑
天线单元A；2
‑
天线单元B；3
‑
天线单元C；4
‑
天线单元D。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]如图1所示，双极化高隔离、低交叉极化差分单相控阵天线包括四个天线单元，分别为天线单元A、天线单元B、天线单元C与天线单元D，每个天线单元均采用差分馈电并连接巴伦，因此相控阵天线共包含个馈电端口。天线单元A～D的馈电端口均有两组差分对，未扫描方向时，每组差分馈电端口的相位有180
°
的差异。如图2所示，差分馈电端口A1～A4为逆时针斜45
°
极化幅度加权，差分馈电端口B1～B4为逆时针135
°
极化幅度加权。当扫描时，相位分布计算公式为：
[0019][0020]其中λ为工作频率的波长，x
i
为单元线阵的坐标，θ
M
为天线最大指向偏离线阵法相的夹角。此天线工作在24GHz～43GHz的带宽内，单元间距4.65mm，按照以上公式计算相控阵天线在高频43GHz扫描至30度时，方向图计算结果如图4所示，相控阵天线在宽角扫描的时候出现了严重畸变，最大副瓣电平只有4dB左右。
[0021]针对上述问题，主要改进方案为将单元端口作为天线扫描的布相计算对象，而不是传统的针对天线单元来计算。具体实施方法如下：
[0022]将天线单元连接的巴伦取消，在每个天线单元的馈电端口均设置为激励点，并将天线单元的激励端口作为平面阵的单元来处理，所有天线单元的激励点等效作为2
×
8矩形平面阵。激励端口所在的位置作为新阵面天线单元坐标，基于矩形平面阵建立平面坐标系，并结合图3中天线单元的馈电端口之间的间距获得各激励点的坐标，通过二维阵面扫描公式，以不规则二维阵面的方式计算相控阵天线方向图扫描的相位分布，来改善宽带相控阵天线的宽角扫描能力。
[0023]需要说明的是，在计算相控阵天线的相位分布时，通过TR组件的移相器对平面阵单元进行扫描，移相器扫描时采用叠加扫描移相和差分对移相功能，在实现差分天线优良性能的基础上，提升了天线的宽角扫描能力，实现了在24GHz
‑
43GHz双极化天线
±
45
°
扫描。为小型终端用宽带宽角扫描相控阵天线设计提供了新的思路。
[0024]相位分布公式为：
[0025][0026]其中λ为天线单元的工作频率的波长，x
i
、y
i
分别为基准单元中激励点的X坐标与Y坐标，φ
M
为相控阵天线的天线波束指向角，θ
M
为相控阵天线最大指向偏离线阵法相的夹角。
[0027]根据差分馈电激励点作为计算天线扫描的相位分布的元素，将计算的结果代入到
相控阵天线实现天线扫描相位控制，在43GHz，天线波束扫描至45度角方向图时如图5所示，根据计算在45度时，副瓣电平也只有
‑
8.5dB，比较图4与图5，采用差分馈电激励端口作为计算天线扫描的相位分布的方法，增加了相控阵天线波束赋形中计算的变量因子，同时使差分天线具有了更宽的扫描范围和更灵活的处理方式，可以显著提升系统的性能。
[0028]除此之外，增加激励点的位置可以同时激励一个天线，也可将原来相邻的两个天线单元共用，形成一个阵列天线新单元。本实施例中增加激励点的方法还适用于在差分馈电的微带、阵子、开口波导等单元形式上，增加激励点后的馈电方式可以是差分，也可以是同相馈电形式，然后将激励点位置和个数作为基准来计算幅相分布。
[0029]本专利技术将馈电端口作为相控阵天线的单元，以不规则阵面扫描计算公式计算相控阵天线的相位分布，能够使相控阵天线具有更宽的工作带宽和更宽的扫描范围，使天线具有更灵活工作方式，有利地提升了系统的性能。
[0030]虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法，其特征在于，相控阵天线包括按照矩形阵列的若干天线单元，所述天线单元的馈电端口均设置为激励点，并将天线单元的激励点作为平面阵单元，计算相控阵天线的相位分布。2.根据权利要求1所述的一种改善相控阵天线宽角扫描特性的方法，其特征在于，在计算相控阵天线的相位分布时，基于矩形平面阵建立平面坐标系并获得各激励点的坐标，结合坐标以及二维阵面扫描公式计算相控阵天线的相位分布，所述相位分布公式为：其中λ为天线单元的工作频...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，马涛，鲁加国，王燕，付炎松，刘俊永，李莉，孙伟，张崎，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十三研究所，
类型：发明
国别省市：