CN103943961A - 一种基于空间移相表面的电扫描天线 - Google Patents

Abstract

一种基于空间移相表面的电扫描天线，涉及电扫描天线。提供成本低、重量轻、全向扫描，能实现水平面和垂直面的高增益的一种基于空间移相表面的电扫描天线。设有有源空间移相表面、全向天线和支撑件；所述有源空间移相表面设有至少3片有源空间移相表面单元条，各有源空间移相表面单元条以全向天线为中心轴，间隔环绕围成多边形阵列，有源空间移相表面单元条和全向天线设于支撑件上。所述有源空间移相表面为具有相位控制功能、可调范围覆盖天线工作频率的有源空间移相表面。所述有源空间移相表面可为带通式有源空间移相表面或带阻式有源空间移相表面，在通带或阻带边缘具有相位控制能力。

Description

一种基于空间移相表面的电扫描天线

技术领域

本发明涉及电扫描天线，尤其是涉及一种基于空间移相表面的电扫描天线。

背景技术

电控扫描天线可以控制天线方向图的最大波束方向，以及实现多波束等目的。在通信、雷达、电子对抗等领域有着广泛的应用。如智能天线，相控阵天线等都可以实现类似功能。通过电控扫描可以实现高增益大范围信号发射与接收，并可以减少发射总功率，或扩大信号覆盖面积。

传统的相控阵电控扫描天线利用移相器实现波阵面合成，从而实现了扫描，其成本高，重量大，算法复杂。数字波束形成天线（智能天线）需要多路收发通道，其系统总成本较高，计算开销大，因此一般也难以实现大规模布阵。

中国专利201110408303.3公开的电控扫描天线结构，成本低，重量轻，算法简单。但用来实现波束控制的有源频率选择表面只具有透射波幅度控制能力而不具有相位控制能力，因此无法对波振面的等相位面进行控制，只能利用内部的辐射器天线实现垂直面高增益而无法实现水平面高增益。

发明内容

本发明的目的是提供成本低、重量轻、全向扫描，能实现水平面和垂直面的高增益的一种基于空间移相表面的电扫描天线。

本发明设有有源空间移相表面、全向天线和支撑件；

所述有源空间移相表面设有至少3片有源空间移相表面单元条，各有源空间移相表面单元条以全向天线为中心轴，间隔环绕围成多边形阵列，有源空间移相表面单元条和全向天线设于支撑件上。

所述有源空间移相表面为具有相位控制功能、可调范围覆盖天线工作频率的有源空间移相表面。所述有源空间移相表面可为带通式有源空间移相表面或带阻式有源空间移相表面，在通带或阻带边缘具有相位控制能力。

所述有源空间移相表面单元条的形状可为长方形。

所述全向天线可为单极子天线、偶极子天线、双锥天线、串馈天线等轴向全向天线。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

使用时，通过支撑件固定在外部设备上，通过外部电压控制有源空间移相表面的特征频率与透射相位，进而控制在某指定频率下由全向天线辐射出来的波束的空间相位和幅值大小，从而实现高增益扫描。相对于以往的电控扫描天线，本发明相位幅值均可调，能实现水平面高增益全向电控扫描。当采用高增益全向天线，其增益能实现增加3dB以上的效果。本发明可以通过控制天线结构中的有源空间移相表面的工作状态,控制其透射波的空间相位与幅度来实现水平面高增益电控扫描。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图。

图2为图1的俯视示意图。

图3是本发明的电控扫描原理示意图。图3中的标记4为反射面，标记5为透射面，空心箭头为波束方向。

图4是本发明实施例实现的水平面高增益方向图。在图4中，a为原全向天线的方向增益图，b为基于有源移相表面所实现的水平方向增益图，c为基于幅度控制频率选择表面实现的水平方向增益图，d为加有有源移相表面后与原全向天线相比方向增益的提高值。

具体实施方式

参见图1和2，本实施例设有有源空间移相表面（12片有源空间移相表面单元条2组成）、全向天线1和支撑件3。

有源空间移相表面设有12片有源空间移相表面单元条2，各有源空间移相表面单元条2形状为长方形，各有源空间移相表面单元条2以全向天线1为中心轴，间隔环绕围成12边形阵列，有源空间移相表面单元条阵列和全向天线设于支撑件3上。

所述有源空间移相表面为具有相位控制功能、可调范围覆盖天线工作频率的有源空间移相表面。有源空间移相表面单元条2的数量可以变化，数量越多可实现的增益越高。

参见图3，图3给出本实施例的电控扫描原理示意图。图3中的标记4为反射面，标记5为透射面，空心箭头为波束方向。本实施例工作原理为：通过分别调整全向天线周围的各有源空间移相表面单元条2的偏置电压，进而控制在某指定频率下的天线辐射出来的波束的空间相位和幅值大小，该相位和幅值具有相关性，即透射幅度越小其透射相位移相角度越大。以上相位和幅度关系刚好满足高增阵列天线的高增益聚焦模式的要求。可将相邻的有源空间移相表面的反射频率调整到天线工作频率；同时将其他的有源空间移相表面调整到透射状态，从而使全向天线的方向图为指向透射方向，实现定向天线的功能；与此同时调整透射区中的有源空间移相表面的电压，以此来控制透射波的相位和幅值大小，从而修正天线方向图，使其达到高增益的目的。同时可以依次改变反射区和透射区的有源空间移相表面的工作状态，使得天线在水平方向内实现全向扫描。采用高增益全向天线（中心辐射器）时，可以在实现水平面高增益的同时实现垂直面高增益。可将多个有源空间移相表面顺序排列并联，外部控制电路的控制电压加载在有源空间移相表面条带底端，各有源空间移相表面均受控于该电压，各有源空间移相表面具有相同的工作状态。实际应用中有源空间移相表面的数量可以增减。

参见图4，图4给出本发明实施例实现的水平面高增益方向图。在图4中，a为原全向天线的方向增益图，b为基于有源移相表面所实现的水平方向增益图，c为基于幅度控制频率选择表面实现的水平方向增益图，d为加有有源移相表面后与原全向天线相比方向增益的提高值（3dB）。由此可见，本实施例可实现水平面高增益。

Claims (5)

1.一种基于空间移相表面的电扫描天线，其特征在于设有有源空间移相表面、全向天线和支撑件；

所述有源空间移相表面设有至少3片有源空间移相表面单元条，各有源空间移相表面单元条以全向天线为中心轴，间隔环绕围成多边形阵列，有源空间移相表面单元条和全向天线设于支撑件上。

2.如权利要求1所述一种基于空间移相表面的电扫描天线，其特征在于所述有源空间移相表面为具有相位控制功能、可调范围覆盖天线工作频率的有源空间移相表面。

3.如权利要求1或2所述一种基于空间移相表面的电扫描天线，其特征在于所述有源空间移相表面为带通式有源空间移相表面或带阻式有源空间移相表面，在通带或阻带边缘具有相位控制能力。

4.如权利要求1所述一种基于空间移相表面的电扫描天线，其特征在于所述有源空间移相表面单元条的形状为长方形。

5.如权利要求1所述一种基于空间移相表面的电扫描天线，其特征在于所述全向天线为单极子天线、偶极子天线、双锥天线、串馈天线。