CN102938503A - 一种波控系统简单的单板微带贴片相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
一种波控系统简单的单板微带贴片相控阵天线，包括介质基板，在介质基板的一个表面上设有接地金属板，在介质基板的另一个表面上设有至少两条行向微带线和一条列向微带线，在每条行向微带线上等间距的设有微带贴片天线；列向微带线通过隔直电容分别与行向微带线的一端连接，行向微带线的另一端通过隔直电容分别连接匹配负载；列向微带线的一端通过隔直电容连接匹配负载，另一端通过隔直电容连接到射频端；在每条行向微带线与介质基板之间分别设有行向钛酸锶钡BST条，在列向微带线与介质基板之间设有列向钛酸锶钡BST条。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种基于单板系统集成技术、结构紧凑且波控系统非常简单的单板微带贴片相控阵天线，这种天线可用于便携式低成本毫米波实时成像和雷达系统。
二、背景技术
天线是雷达、毫米波成像以及无线通信等系统中必不可少的重要组成部分，天线发射或接收电磁波的波束指向在很多应用场合（例如目标搜索雷达或毫米波扫描成像系统）需要有规律的运动，即扫描。天线波束的扫描可以通过机械驱动的方式实现，也可以采用电气控制的方式实现。机械扫描是天线按指令作机械运动实现的波束扫描，天线的扫描速率不高，影响数据传输率，并且波束的精确扫描还需克服机械运动的惯性作用，尤其是尺寸和质量较大的天线更是如此。电扫描天线不作机械运动，天线发射或接收波束可在设定空域无惯性地改变指向，扫描速率也大大提高。
电扫描天线的上述固有优点使其在雷达和毫米波成像系统中起着举足轻重的作用。以毫米波成像为例，除了电扫描成像方式外，还有机械扫描成像和凝视焦面阵成像等成像方式，但这两种成像方式都有难以克服的缺点。机械扫描成像通过机械装置驱动传感器在成像天线的焦平面扫描，或者驱动整副天线对远场进行扫描，这种扫描方式的主要缺点是机械装置的移动速率难以保证实时成像，并且机械扫描装置的存在降低了系统的便携性；而凝视焦面阵类似于家用数码相机的CCD，理论上，这种系统中需要有与焦面阵元数相等的多个接收机，从而使得整个焦面阵成像系统的造价相当昂贵。如果采用电扫描成像则可以大幅降低接收机的数量甚至只用一个接收机，有效控制成本，并且做到实时成像。在雷达系统中，电扫描天线的杰出代表相控阵天线更是发挥着无可替代的作用，目前各个国家最高水平的军用雷达都是相控阵雷达。
传统的相控阵天线系统通过将数目众多的移相器（Phase shifter-PS）和天线(Antenna)相互连接组成，这些移相器都是独立的器件，除了连接射频（Radio Frequency-RF）线外，还分别连接有自己的波束控制线(Control Line-CL)，并与波束控制器（BeamController）相连，这使得传统相控阵的系统复杂、集成度低、便携性差，并且造价昂贵。
三、发明内容：
本发明涉及一种基于单板系统集成技术、结构紧凑且波控系统简单的单板微带贴片相控阵天线，该天线可用于便携式、低成本毫米波实时成像和雷达系统。这种相控阵天线的特点是系统中的移相器与天线阵有机地结合到一起，使得整个天线系统可以集成于单块PCB上，波束扫描的控制系统非常简单。
本发明采用如下技术方案：
一种波控系统简单的单板微带贴片相控阵天线，包括：介质基板，在介质基板的一个表面上设有接地金属板，在介质基板的另一个表面上设有至少两条行向微带线和一条列向微带线，在每条行向微带线上等间距的设有微带贴片天线，列向微带线通过隔直电容分别与行向微带线的一端连接，行向微带线的另一端通过隔直电容分别连接匹配负载，所述列向微带线的一端通过隔直电容连接匹配负载，列向微带线的另一端通过隔直电容连接到射频端，在每条行向微带线与介质基板之间分别设有行向钛酸锶钡BST条，在列向微带线与介质基板之间设有列向钛酸锶钡BST条。在微带线与接地板之间不加载直流电压时，每两条相邻的行向微带线的电磁信号之间存在一个初始的列向相位差δy，同时，连接在同一条行向微带线上的两个相邻微带贴片天线之间的电磁信号也有一个初始的行向相位差δx，使得天线阵产生一个与δy和δx对应的波束指向。当在每条行向微带线与接地金属板之间施加直流电压V2且在列向微带线与接地金属板之间施加直流电压V1后，行向钛酸锶钡BST条和列向钛酸锶钡BST条的介电常数发生改变，电磁信号的传播速度随之改变，使得δx和δy发生相应的变化，分别变化至δx+Δδx和δy+Δδy，Δδx是行向相位差的变化量，Δδy是列向相位差的变化量，这时天线产生与δx+Δδx和δy+Δδy对应的波束指向，从而达到波束扫描的目的。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
具有极其简单的波束控制系统，对于一个M×N阵列，无论其M和N值为多少，要实现波束的二维扫描只需要两路波束控制线－即两路电压控制线，而一个传统的M×N阵列相控阵天线则需要M×N路波束控制线（例如：图1所示的3×3阵列共需9路波束控制线）。通常，相控阵有成千甚至上万个单元，也就是说需要成千上万路波束控制线，对系统的简易度和成本构成严重影响；而本发明中相控阵结构中对波束的扫描控制只需要两路电压控制线，系统简单并节约成本。另外，本发明中位于BST薄膜上的微带线部分既是移相电路结构的一部分，同时又起到连接天线的作用，从而使得整个相控阵结构形成一种准无缝连接，有利于减少系统体积和重量，并使本发明结构紧凑。而普通的相控阵系统中，每个移相器都需要有各自独立的控制线，各个移相器不能像本发明中的移相部分那样连接成一体，并与天线形成准无缝连接。
本发明涉及的内容不仅可用于发展低成本、便携式的电扫描毫米波成像系统有重要意义，也可以用于研制低成本、紧凑型电扫描雷达天线。
四、附图说明
图1是现有普通相控阵的波束控制示意图。
图2是本发明的二维相控阵原理图。
图3是本发明的结构示意图。
五、具体实施方式
一种波控系统简单的单板微带贴片相控阵天线，包括：介质基板1，在介质基板1的一个表面上设有接地金属板6，在介质基板1的另一个表面上设有至少两条行向微带线3和一条列向微带线2，在每条行向微带线上等间距的设有微带贴片天线12，列向微带线2通过隔直电容8分别与行向微带线3的一端连接，行向微带线3的另一端通过隔直电容8分别连接匹配负载9，所述列向微带线2的一端通过隔直电容8连接匹配负载9，列向微带线2的另一端通过隔直电容8连接到射频端10，在每条行向微带线3与介质基板1之间分别设有行向钛酸锶钡BST条4，在列向微带线2与介质基板1之间设有列向钛酸锶钡BST条11。在微带线与接地板之间不加载直流电压时，每两条相邻的行向微带线的电磁信号之间存在一个初始的列向相位差δy，同时，连接在同一条行向微带线上的两个相邻微带贴片天线12之间的电磁信号也有一个初始的行向相位差δx，使得天线阵产生一个与δy和δx对应的波束指向。当在每条行向微带线3与接地金属板6之间施加直流电压V2且在列向微带线2与接地金属板6之间施加直流电压V1后，行向钛酸锶钡BST条4和列向钛酸锶钡BST条11的介电常数发生改变，电磁信号的传播速度随之改变，使得δx和δy发生相应的变化，分别变化至δx+Δδx和δy+Δδy，Δδx是行向相位差的变化量，Δδy是列向相位差的变化量，这时天线产生与δx+Δδx和δy+Δδy对应的波束指向，从而达到波束扫描的目的。
为了实现交、直流信号的隔离，直流电源V1与列向微带线2之间、不同行向微带线3之间的并联以及行微带线3并联后与直流电源V2的连接线采用通直流阻高频的蛇行线7，以防止行向微带线3之间传输的交流信号互相影响以及交流信号泄露到直流电路；行向微带线3与射频端10之间、行向微带线3与匹配负载9之间、行向微带线3与列向微带线2之间以及列向微带线与匹配负载9之间则设置隔直流通高频的隔直电容8，以免直流信号泄露到交流电路。匹配负载9用于吸收未辐射出去的少量电磁波，防止末端反射波产生不良影响。
Claims (1)
1.一种波控系统简单的单板微带贴片相控阵天线，包括：介质基板，在介质基板的一个表面上设有接地金属板（6），在介质基板的另一个表面上设有至少两条行向微带线（3）和一条列向微带线（2），在每条行向微带线上等间距的设有微带贴片天线（12），列向微带线（2）通过隔直电容（8）分别与行向微带线（3）的一端连接，行向微带线（3）的另一端通过隔直电容（8）分别连接匹配负载（9），所述列向微带线（2）的一端通过隔直电容（8）连接匹配负载（9），列向微带线（2）的另一端通过隔直电容（8）连接到射频端（10），在每条行向微带线（3）与介质基板（1）之间分别设有行向钛酸锶钡BST条（4），在列向微带线（2）与介质基板（1）之间设有列向钛酸锶钡BST条（11），在微带线与接地板之间不加载直流电压时，每两条相邻的行向微带线的电磁信号之间存在一个初始的列向相位差δy，同时，连接在同一条行向微带线上的两个相邻微带贴片天线（12）之间的电磁信号也有一个初始的行向相位差δx，使得天线阵产生一个与δy和δx对应的波束指向；当在每条行向微带线（3）与接地金属板（6）之间施加直流电压V2且在列向微带线（2）与接地金属板（6）之间施加直流电压V1后，行向钛酸锶钡BST条（4）和列向钛酸锶钡BST条（11）的介电常数发生改变，电磁信号的传播速度随之改变，使得δx和δy发生相应的变化，分别变化至δx+Δδx和δy+Δδy，Δδx是行向相位差的变化量，Δδy是列向相位差的变化量，这时天线产生与δx+Δδx和δy+Δδy对应的波束指向，从而达到波束扫描的目的。
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|---|---|
| CN (1) | CN102938503A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105048105A (zh) * | 2014-03-31 | 2015-11-11 | 英特尔公司 | 组合LTE和WIGig天线 |
| WO2017000106A1 (zh) * | 2015-06-29 | 2017-01-05 | 华为技术有限公司 | 一种相控阵列系统和波束扫描方法 |
| CN108535881A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-14 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 具有超表面的钙钛矿天线及其制备方法 |
| CN110061362A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-26 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 有源相控阵天线单元级内监测装置 |
| CN113725717A (zh) * | 2021-11-02 | 2021-11-30 | 浙江铖昌科技股份有限公司 | 二维点阵式多波束相控阵及其设计方法 |
| CN114583473A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-06-03 | 西安星通通信科技有限公司 | 一种波束赋形相控阵天线系统及其设计方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5694134A (en) * | 1992-12-01 | 1997-12-02 | Superconducting Core Technologies, Inc. | Phased array antenna system including a coplanar waveguide feed arrangement |
| CN1728448A (zh) * | 2005-07-29 | 2006-02-01 | 华东师范大学 | 非周期性电容加载的移相器 |
| CN1812194A (zh) * | 2006-02-20 | 2006-08-02 | 浙江大学 | 用bst陶瓷制作的微型电控波束扫描陈列天线 |
| CN102593588A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-07-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于bst薄膜移相器的可扫描端射阵列天线 |
-
2012
- 2012-11-26 CN CN2012104866485A patent/CN102938503A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5694134A (en) * | 1992-12-01 | 1997-12-02 | Superconducting Core Technologies, Inc. | Phased array antenna system including a coplanar waveguide feed arrangement |
| CN1728448A (zh) * | 2005-07-29 | 2006-02-01 | 华东师范大学 | 非周期性电容加载的移相器 |
| CN1812194A (zh) * | 2006-02-20 | 2006-08-02 | 浙江大学 | 用bst陶瓷制作的微型电控波束扫描陈列天线 |
| CN102593588A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-07-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于bst薄膜移相器的可扫描端射阵列天线 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105048105A (zh) * | 2014-03-31 | 2015-11-11 | 英特尔公司 | 组合LTE和WIGig天线 |
| WO2017000106A1 (zh) * | 2015-06-29 | 2017-01-05 | 华为技术有限公司 | 一种相控阵列系统和波束扫描方法 |
| US10673139B2 (en) | 2015-06-29 | 2020-06-02 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Phased array system and beam scanning method |
| CN108535881A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-14 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 具有超表面的钙钛矿天线及其制备方法 |
| CN110061362A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-07-26 | 上海航天电子通讯设备研究所 | 有源相控阵天线单元级内监测装置 |
| CN113725717A (zh) * | 2021-11-02 | 2021-11-30 | 浙江铖昌科技股份有限公司 | 二维点阵式多波束相控阵及其设计方法 |
| CN113725717B (zh) * | 2021-11-02 | 2022-03-11 | 浙江铖昌科技股份有限公司 | 二维点阵式多波束相控阵及其设计方法 |
| CN114583473A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-06-03 | 西安星通通信科技有限公司 | 一种波束赋形相控阵天线系统及其设计方法 |
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