【技术实现步骤摘要】
一种针对相控阵天线的设计方法
[0001]本专利技术涉及天线领域,特别涉及一种针对相控阵天线的设计方法。
技术介绍
[0002]电磁表面以电磁学的边界条件为研究对象,通过分析、设计、制作各种新型电磁表面器件,实现对电磁波的有效调控。相比于对三维材料的电磁特性调控,电磁边界条件的改变只需进行电磁表面的二维设计,更容易实现低剖面与轻重量,制作容易,成本经济,因此具有更显著的工程应用价值。
[0003]相对反射面天线采用金属抛物曲面控制射线路径长度以形成等相位面的方式,电磁表面并不控制射线的反射方向,而是直接利用其相位控制特性,调控其生成的相位面的分布形状。若通过设计、调整单元和阵列结构参数,使得每个单元的散射相位补偿馈源到波束方向的路径时延相位差,则各个单元沿波束方向上相位相同,受激产生的二次辐射产生相干叠加,形成高增益波束,实现具有高效平面聚焦功能的新型高增益阵列天线。
[0004]若在电磁表面单元设计中集成电子控制器件,改变单元的加载电容、谐振特性、单元的物理尺寸或旋转角度,则可实时调控其对入射电磁波的相位响应,实现单元相控功能。由具有相控功能单元组成的电磁表面即为数字相控电磁表面,其突出特点是其组成单元在二次辐射的同时,还可实时调控每个单元的相位特性,实现“辐射”和“相控”功能的集成一体化。
[0005]因此,为了实现大幅度减少了射频通道数目,降低硬件成本和功耗,使射频收发通道的复杂度降低,本申请提出一种相控阵天线设计方法。
技术实现思路
[0006]为解决上述问题,本专利技 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种针对相控阵天线的设计方法,其特征在于:该针对相控阵天线的设计方法采用了移相器前置,多个单元构成一个子阵,只需每个子阵连接一路收发通道;包括以下步骤:步骤1天线馈源设计,阵列天线采用两块厚度相同的Taconic TLX
‑
8电路板组成,Taconic TLX
‑
8电路板上安装若干微带阵列天线作为馈源,Taconic TLX
‑
8电路板间通过中间的金属地将馈电网络和辐射贴片隔离,并且采用空气介质展宽工作带宽,两块Taconic TLX
‑
8电路板端头安装SMA接头;步骤2天线阵列设计,天线阵列设计包括天线阵列口面幅度计算和天线阵列口面的相位分布;步骤3波束控制板设计,波束控制板采用以FPGA为主控芯片的控制电路板对反射式电磁表面单元上集成的PIN二极管进行数字控制,从而改变阵面的相位分布,在二维
±
60
°
空间内实现波束聚焦和扫描;步骤4波束搜索跟踪算法设计,波束搜索跟踪建立在两端获取位置信息后,在天线系统中,首先将相控电磁表面天线端产生固定的宽波束,通过手动调整相控阵所需通信的目标端天线的方位和俯仰,观察相控阵端接收信号的RSSI值,当两端建立连接后,相控阵天线端即能够获取目标端的GPS位置信息,配合自身的惯导姿态,解算相控阵天线的指向角度,由波控板调取相应的窄波束,从而建立高增益的通信链路。2.根据权利要求1所述的针对相控阵天线的设计方法,其特征在于:天线阵列口面幅度计算中,依据知阵元的幅度分布和相位分布,采用阵列法计算天线方向图从而分析天线的性能。3.根据权利要求2所述的针对相控阵天线的设计方法,其特征在于:反射阵馈源对阵面单元的照射会随馈源波束变化而变化,阵元均采用E(θ)=cos
q
θ形式表征天线的辐射电场方向图,通过平衡口面的溢漏效率和照射效率,优化得口面的边缘电平,使反射阵天线的增益最大、口面效率最高,通过优化馈源的高度,计算天线口面的幅度分布。4.根据权利要求3所述的针对相控阵天线的设计方法,其特征在于:阵元采用E(θ)=cos
q
θ形式表征天线的辐射电场方向图,式中:θ为方向角,q为一个常数;对于q=0的情况,E(θ)=cos
q
θ退化为常数,即天线在所有方向上的辐射强度相等,称为全向天线;对于q=1的情况,E(θ)=cos
q
θ退化为cosθ,即天线的辐射强度随着方向角的变化呈现出余弦分布规律,称为定向天线;对于q>1的情况,E(θ)=cos
q
θ的辐射图呈现出更加窄锐的主瓣和更强的副瓣,即天线的方向性更加明显。5.根据权利要求3所述的针对相控阵天线的设计方法,其特征在于:计算天线口面的幅度分布需要先确定天线的电场分布,然后通过电场分布计算天线口面上的幅度...
【专利技术属性】
技术研发人员:梁仕斌,陆泓羽,李茂昌,岳刚,崔林,李科林,陈琪铭,
申请(专利权)人:云南电力试验研究院集团有限公司,
类型:发明
国别省市:
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