用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线，属于阵列天线技术领域。其包括两个二维矢量天线和一个圆形阵列，两个二维矢量天线相互正交并垂直设置在圆形阵列上，圆形阵列包括八个在水平面内围绕同一圆心均匀分布的辐向的Vivaldi天线；八个Vivaldi天线取代两个二维矢量天线的金属支撑，用作两个二维矢量天线的地平面，并用作测量Hz、Ex和Ey三个分量的电磁传感器；两个二维矢量天线和一个圆形阵列构成四维矢量天线。本发明专利技术天线在超过7:1的更宽带宽内可以实现垂直或水平极化入射电磁信号波达方向的精确估计。或水平极化入射电磁信号波达方向的精确估计。或水平极化入射电磁信号波达方向的精确估计。

【技术实现步骤摘要】
用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线


[0001]本专利技术涉及阵列天线
，尤其涉及一种用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线。

技术介绍

[0002]入射电磁波信号的测向在许多民用和军用无线电导航或无线电定位相关领域应用。大多数测向天线是宽频带的，并在二维角度覆盖范围内估计入射电磁场的到达方向，即，仅估计有限仰角范围的方位角。波达方向估计通常依赖于天线阵列的空间多样性。这可能需要三维角度覆盖，即估计方位角和仰角。通过矢量天线的测向技术，无论入射电磁场的极化如何，都可以实现这种覆盖。理想情况下，矢量天线能够测量入射电磁信号的六个分量(即笛卡尔坐标系中的Ex、Ey、Ez、Hx、Hy和Hz)，从而在三维空间进行波达方向估计。
[0003]但是，现有的天线无法在更宽带宽内实现垂直或水平极化入射电磁信号波达方向的精确估计。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出一种用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线，该天线在超过7:1的更宽带宽内可以实现垂直或水平极化入射电磁信号波达方向的精确估计。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线，包括两个二维矢量天线和一个圆形阵列，所述两个二维矢量天线相互正交并垂直设置在圆形阵列上，所述圆形阵列包括八个在水平面内围绕同一圆心均匀分布的辐向的Vivaldi天线；八个Vivaldi天线取代两个二维矢量天线的金属支撑，用作两个二维矢量天线的地平面，并用作测量Hz、Ex和Ey三个分量的电磁传感器；所述两个二维矢量天线和一个圆形阵列构成四维矢量天线。
[0007]进一步地，所述二维矢量天线为半圆形阵列，所述圆形阵列是二维矢量天线的半圆形阵列的1.5倍的复制放大。
[0008]进一步地，还包括馈电电路，所述馈电电路的功率分配器部分为1:2的微带线功率分配器，1:2的微带线功率分配器包括两根100Ω的阻抗过渡线，两根100Ω的阻抗过渡线通过T型结连接，合路的阻抗过渡线连接到50Ω输入端口。
[0009]进一步地，电磁场分量Hx、Hy和Ez的测量来自于分配给二维矢量天线垂直端口处接收信号的三组加权系数，具体方式为：
[0010]根据两端口垂直阵列的两个馈电电路之间的镜像对称性，当两个对称端口不同相时，通过应用加权系数[1，
‑
1]，同相激励四个Vivaldi天线以形成磁偶极子，从而测量出Hx分量和Hy分量；
[0011]通过应用加权系数[1,1,1,1]将矢量天线垂直部分的所有端口同相重新组合，以
形成沿z轴定向的电偶极子，从而测量出Ez分量。
[0012]本专利技术的有益效果在于：
[0013]1、本专利技术天线结构简单，易于加工制造。
[0014]2、本专利技术天线构思巧妙，其八个Vivaldi天线取代两个二维矢量天线的金属支撑，用作两个二维矢量天线的地平面，并用作测量Hz、Ex和Ey三个分量的电磁传感器，简化了天线结构，提升了天线的测量能力。
[0015]3、本专利技术天线能够测量入射电磁信号的六个分量，并在超过7:1的更宽带宽内可以实现垂直或水平极化入射电磁信号波达方向的精确估计。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例宽带矢量阵列天线的结构示意图。
[0017]图2为本专利技术实施例宽带矢量阵列天线的端口示意图。
[0018]图3为本专利技术实施例中圆形阵列的正面示意图。
[0019]图4为本专利技术实施例中圆形阵列的背面示意图。
[0020]图5为本专利技术实施例中二维矢量天线的结构示意图。
[0021]图6为本专利技术实施例中馈电电路的示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。
[0023]如图1
‑
4所示，一种用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线，包括两个二维矢量天线和一个圆形阵列，所述两个二维矢量天线相互正交并垂直设置在圆形阵列上，所述圆形阵列包括八个在水平面内围绕同一圆心均匀分布的辐向的Vivaldi天线，八个Vivaldi天线的端口分别为Port 1～Port 8；八个Vivaldi天线取代两个二维矢量天线的金属支撑，用作两个二维矢量天线的地平面，并用作测量Hz、Ex和Ey三个分量的电磁传感器；所述两个二维矢量天线和一个圆形阵列构成四维矢量天线。
[0024]其中，如图5所示，所述二维矢量天线为半圆形阵列，所述圆形阵列是二维矢量天线的半圆形阵列的1.5倍的复制放大。
[0025]当天线连接在天线阵列内部时，Vivaldi天线的输入阻抗约为100Ω而不是65Ω。为此，该宽带矢量阵列天线馈电电路的功率分配器部分使用1:2的微带线功率分配器。如图6所示，1:2的微带线功率分配器包括T型结和阻抗过渡线，并连接到50Ω输入端口，该微带线功率分配器可以方便地用两条100Ω微带线实现。这种馈电电路具有更宽的阻抗带宽。
[0026]本天线能够估计入射水平极化电磁信号的波达方向估计，减少由于极化失配导致的估计误差。该宽带矢量阵列天线能够测量入射电磁信号的六个分量，具体来说，电磁场分量Hx、Hy和Ez的测量是来自分配给矢量天线垂直端口处接收信号的三组加权系数(由首字母缩略词RPC 0表示，代表辐射方向图组合0)。
[0027]根据两端口垂直阵列的两个馈电电路之间的镜像对称性，当端口1和2(或端口3和4)不同相时，通过应用加权系数[1，
‑
1]，以同相激励四个Vivaldi天线以形成磁偶极子，可以测量Hx分量和Hy分量。
[0028]通过应用加权系数[1,1,1,1]，将矢量天线垂直部分的所有端口同相重新组合，以
形成沿z轴定向的电偶极子，可以测量Ez分量。
[0029]其他三个分量Hz、Ex和Ey也可以从分配给矢量天线的水平端口的接收信号的另外三组加权系数中导出。
[0030]同样，根据两个相邻Vivaldi天线的馈电结构之间的镜像对称性，如果水平阵列的八个Vivaldi天线同相馈电以作为磁偶极子，可以通过在端口5
‑
8上应用[1,
‑
1,1,
‑
1]来实现。Ex分量通过重新组合矢量天线水平部分的端口(加权系数[1,
‑
1,
‑
1,1])进行测量，以便沿XZ平面创建磁壁和沿YZ平面(或XZ平面)的电壁，形成沿x轴(或y轴)定向的电偶极子。
[0031]与六个电磁场分量的测量相关的加权系数总结在下表中：
[0032][0033]总之，本专利技术通过修改矢量天线馈电电路并使用四端口圆形阵列作为水平电磁传感器，实现了一种四维矢量天线。与现有的四端口两维矢量天线相比，无论其极化如何，本专利技术天线均能够对入射的电磁信号在更宽的带宽上(7:1或[1
–
7GHz])进行波达方向估计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线，其特征在于，包括两个二维矢量天线和一个圆形阵列，所述两个二维矢量天线相互正交并垂直设置在圆形阵列上，所述圆形阵列包括八个在水平面内围绕同一圆心均匀分布的辐向的Vivaldi天线；八个Vivaldi天线取代两个二维矢量天线的金属支撑，用作两个二维矢量天线的地平面，并用作测量Hz、Ex和Ey三个分量的电磁传感器；所述两个二维矢量天线和一个圆形阵列构成四维矢量天线。2.根据权利要求书1所述的用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线，其特征在于，所述二维矢量天线为半圆形阵列，所述圆形阵列是二维矢量天线的半圆形阵列的1.5倍的复制放大。3.根据权利要求书1所述的用于三维测向的双极化和方向图可重构宽带矢量阵列天线，其特征在于，还包括馈电电路，所述馈电电...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪永华，董建明，杜梦杰，于晓磊，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：