CN103346401A - 一种电调相位天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子通信技术领域，是一种电调相位天线，包括同轴线接口、宽频带印刷单臂螺旋天线、有源可控电路和介质基板，宽频带印刷单臂螺旋天线印刷在介质基板的上表面，同轴线接口的内导体通过介质基板上的穿孔与宽频带印刷单臂螺旋天线的输入端口直接相连，外导体接地，有源可控电路包括一个可调电容和直流偏置电路，可调电容的一端连接在宽频带单臂螺旋天线的末端，另外一端直接接地，直流偏置电路并联在可调电容的两端。本发明利用加载可调电容的方式，通过控制可调电容值的连续性变化，实现天线的相位特性的连续性变化。设计结构简单，易实现，成本低，可操作性强，解决了带宽有限的问题。

Description

一种电调相位天线

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，具体的说是一种电调相位天线，可用于生产、零售、相控阵天线和宽频带连续移相要求的微波系统。

背景技术

电调相位天线是一种借助于加载可调电容和宽频带印刷单臂螺旋天线实现天线相位连续性可调的天线。该天线作为一种工作频带宽、结构相对简单的连续相位天线，在各种微波系统中都能够广泛应用。

传统的调相设备称为移相器，移相器按照所使用的控制电路不同，可以分为“模拟”移相器和“数字”移相器。“模拟”移相器是通过电压或电流的模拟量的大小，控制输出相移量的变化。例如，电压控制的变容二极管，通过改变其等效电容，实现电路等效相位的变化。“数字”移相器是通过编码的不同，控制输出相移量的变化，因为数字化的位数一般有限，所以数字移相器以最小相移量表征其控制精度或误差。

在传统的相控阵天线中，需要在天线的后端引入馈电移相网络，来改变天线的相位，实现相控阵功能。然而随着天线阵列规模的增大，馈电移相网络的设计复杂度也会相应提高，所引入的插入损耗也会变大，可能造成阵列性能的恶化。

现有的相控阵天线技术已经得到了广泛的应用，但随着科学技术的进步和生产生活的需要，对相控阵天线的工作频带要求越来越宽，移相精度、系统的可靠性和设计简单度要求也越来越高，然而利用现有技术同时满足上述指标仍然存在较大的困难度。

宽频带印刷单臂螺旋天线是一种超宽带圆极化天线，在遥控遥测、卫星通信、以及气象雷达等天线技术设备中广泛应用。螺旋天线是一种非频变天线，其谐振频率与螺旋线的臂长直接相关。在固定螺旋天线臂长不变的情况下，不同的频点对应着不同的相位；同理，在相同的频点，不同的螺旋天线臂长同样对应着不同的相位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述现有相控阵天线频带不够宽、馈电移相网络设计复杂度大、移相精度和系统的可靠性不足的问题，提出一种电调相位天线，将相移功能与天线自身的特性相结合，以简单的结构设计，实现主要性能的改进。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种电调相位天线，包括同轴线接口、固定天线、有源可控电路和介质基板，同轴线接口包括内导体和外导体，固定天线是一个宽频带印刷单臂螺旋天线；宽频带印刷单臂螺旋天线印刷在介质基板的上表面，用于辐射和接收空间电磁波，同轴线接口的内导体通过介质基板上的穿孔与宽频带印刷单臂螺旋天线的输入端口直接相连，同轴线接口的外导体接地，用于连接宽频带印刷单臂螺旋天线与外电路；有源可控电路包括一个可调电容和直流偏置电路，可调电容的一端连接在宽频带单臂螺旋天线的末端，另外一端直接接地，直流偏置电路并联在可调电容的两端，用于控制天线的相位特性；最终所有的信号通过同轴线接口输出；

通过调节直流偏置电路的输出电压，控制可调电容的电容值大小，电容值大小不同，对应的充放电时间周期不同，利用可调电容的充放电时间周期的不同，改变宽频带印刷单臂螺旋天线的表面分布电流的运动周期，从而等效地改变其相位特性；可调电容的电容值的连续性变化保证宽频带印刷单臂螺旋天线的相位发生连续性变化；宽频带印刷单臂螺旋天线的宽频带工作特性保证整个系统的宽频带工作特性。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的电调相位天线，同轴线接口的阻抗为50欧姆。

本发明通过基于普通的可调电容加载技术方案，将相移功能与天线自身的特性相结合，不需要采用价格相对高昂的移相器或复杂结构，成本可以控制到很低，从而大大扩展了相控阵天线的应用领域。

螺旋天线是一种非频变天线，其谐振频率与螺旋线的臂长直接相关，在固定螺旋天线臂长不变的情况下，不同的频点对应着不同的相位；同理，在相同的频点，不同的螺旋天线臂长同样对应着不同的相位。本发明设计正是基于这样的原理，在天线末端加载可调电容，改变天线表面分布电流的运动周期，可以等效的达到，不同的电容值对应着不同的天线臂长，即通过电容值的连续性变化实现了相位的连续性变化。

本发明设计的电调相位天线基于普通的可调电容加载技术，实现天线的相位特性的连续性变化，将相移功能与天线自身的特性相结合，充分利用螺旋天线的特点，实现了一体化设计，没有使用结构相对复杂的结构和价格相对高昂的移相器，因此简化了相控阵天线的系统结构，降低了生产成本，从而大大提升性能并扩展了应用领域；同时由于本发明使用的是宽频带印刷单臂螺旋天线，展宽了相控阵天线的带宽并且可以实现低剖面设计，结构体积可以大幅度减小，可适用于多种应用场合。下面举出两个应用领域：

⑴射频相位调制系统：

在一般的通信系统中，相位调制技术是在基带信号上进行调制，再将调制后的信号上变频到射频信号，通过天线发射到自由空间，系统结构比较复杂。应用本发明，可以改变相位调制技术的实现方式，并且简化了对应的系统结构；发射单频信号，同时利用模拟相位调制电路控制发射天线的初始相位，这样就在射频端实现了相位调制。该技术的应用可以简化系统结构，降低生产成本，实现简单的相位调制发射系统，具有广阔的应用前景。

⑵超宽带相控阵雷达天线：

在超宽带相控阵雷达中，通过控制天线单元的相位实现波束扫描，在带宽要求很宽的情况下，一般的微波移相器不能实现同时实现带宽与相移精度的要求，本发明解决了这个问题，仅需在工程应用中添加适当的辅助器件即可；同时简单的结构、低廉的成本使规模化应用成为可能，拓展了超宽带相控阵雷达的应用领域。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的整体结构立体图。

图3是本发明的固定天线示意图。

图4是本发明的有源可控电路图。

图5是本发明的同轴线接口的内外导体结构示意图。

具体实施方式

    实施例1

本实施例是一种电调相位天线，如图1-5所示，包括同轴线接口11、固定天线12、有源可控电路13和介质基板14，同轴线接口11包括内导体111和外导体112，同轴线接口11的阻抗为50欧姆，固定天线12是一个宽频带印刷单臂螺旋天线121；宽频带印刷单臂螺旋天线121印刷在介质基板14的上表面，用于辐射和接收空间电磁波，同轴线接口11的内导体111通过介质基板14上的穿孔与宽频带印刷单臂螺旋天线121的输入端口直接相连，同轴线接口11的外导体112接地，用于连接宽频带印刷单臂螺旋天线121与外电路；有源可控电路13包括一个可调电容131和直流偏置电路132，可调电容131的一端连接在宽频带单臂螺旋天线121的末端，另外一端直接接地，直流偏置电路132并联在可调电容131的两端，用于控制天线的相位特性；最终所有的信号通过同轴线接口（11）输出。通过调节直流偏置电路132的输出电压，控制可调电容131的电容值大小，电容值大小不同，对应的充放电时间周期不同，利用可调电容131的充放电时间周期的不同，改变宽频带印刷单臂螺旋天线121的表面分布电流的运动周期，从而等效地改变其相位特性；可调电容131的电容值的连续性变化保证宽频带印刷单臂螺旋天线121的相位发生连续性变化；宽频带印刷单臂螺旋天线121的宽频带工作特性保证整个系统的宽频带工作特性。

同轴线接口11的内导体111通过介质基板14上的穿孔与宽频带印刷单臂螺旋天线121的输入端口直接相连，外导体112接地，整个结构起到连接宽频带印刷单臂螺旋天线121与外电路目的。

固定天线12为宽频带印刷单臂螺旋天线121，印刷在介质基板14的上表面，用于辐射和接收空间电磁波，其宽频带工作特性保证整个系统的宽频带工作特性。

有源可控电路13包括一个可调电容131和直流偏置电路132，可调电容131的一端连接在宽频带单臂螺旋天线121的末端，另外一端直接接地，直流偏置电路132并联在可调电容131的两端，控制可调电容131的电容值大小。

有源可控电路13利用直流偏置电路132的输出电压幅值的连续性变化，控制可调电容131的电容值的连续性改变，从而改变可调电容131的充放电时间周期，利用可调电容131充放电时间周期的不同，改变宽频带印刷单臂螺旋天线121的表面分布电流的运动周期，从而等效地改变宽频带印刷单臂螺旋天线121相位特性，可调电容131电容值的连续性变化可以保证宽频带印刷单臂螺旋天线121的相位发生连续性变化。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种电调相位天线，包括同轴线接口（11）、固定天线（12）、有源可控电路（13）和介质基板（14），所述同轴线接口（11）包括内导体（111）和外导体（112），所述固定天线（12）是一个宽频带印刷单臂螺旋天线（121）；其特征在于：所述宽频带印刷单臂螺旋天线（121）印刷在介质基板（14）的上表面，用于辐射和接收空间电磁波，所述同轴线接口（11）的内导体（111）通过介质基板（14）上的穿孔与宽频带印刷单臂螺旋天线（121）的输入端口直接相连，外导体（112）接地，用于连接宽频带印刷单臂螺旋天线（121）与外电路；所述有源可控电路（13）包括一个可调电容（131）和直流偏置电路（132），所述可调电容（131）的一端连接在宽频带单臂螺旋天线（121）的末端，另外一端直接接地，所述直流偏置电路（132）并联在可调电容（131）的两端，用于控制天线的相位特性；最终所有的信号通过同轴线接口（11）输出；

通过调节直流偏置电路（132）的输出电压，控制可调电容（131）的电容值大小，电容值大小不同，对应的充放电时间周期不同，利用可调电容（131）的充放电时间周期的不同，改变宽频带印刷单臂螺旋天线（121）的表面分布电流的运动周期，从而等效地改变其相位特性；可调电容（131）的电容值的连续性变化保证宽频带印刷单臂螺旋天线（121）的相位发生连续性变化；宽频带印刷单臂螺旋天线（121）的宽频带工作特性保证整个系统的宽频带工作特性。

2.如权利要求1所述的电调相位天线，其特征在于：所述同轴线接口（11）的阻抗为50欧姆。

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