CN104979637A - 一种稀疏相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀疏相控阵天线。通过采用稀疏阵列设计介质天线阵列、采用密集阵列设计微带天线阵列，从而组成稀疏相控阵天线。使得该稀疏相控阵天线既能够获得窄波束和高空间分辨率等好处，又降低了增益的强方向性，能够以少量的天线单元实现高空间分辨率等技术指标，从而能够大幅度降低天线系统的成本。本发明相对于现有技术，提高了空间分辨率，并使得每个天线单元之间的互耦状况减弱等优点；因此，本发明具有很强的实用性及应用前景。

Description

一种稀疏相控阵天线

技术领域

本发明涉及微波天线设计领域，具体涉及一种稀疏相控阵天线。

背景技术

在许多工程应用中，要求天线阵列有窄的扫描波束以提高空间分辨率等技术指标，而不要求有相应的天线增益。这类应用可以采用天线单元在阵列孔径上稀疏布置的方法来实现，它能构造出一个降低了增益的强方向性阵列，以较少的天线单元达到分辨率等技术指标，从而降低天线系统的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀疏相控阵天线。通过采用稀疏阵列设计介质天线阵列、采用密集阵列设计微带天线阵列，从而组成稀疏相控阵天线。使得该稀疏相控阵天线既能够获得窄波束和高空间分辨率等好处，又降低了增益的强方向性，能够以少量的天线单元实现高空间分辨率等技术指标，从而能够大幅度降低天线系统的成本。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种稀疏相控阵天线，其特点是，该稀疏相控阵天线包含：

多个介质天线阵列，每个介质天线阵列采用稀疏阵列设计；

多个微带天线阵列，每个微带天线阵列采用密集阵列设计；

每个所述介质天线阵列与对应所述微带天线阵列组合形成组合阵列，多个组合阵列组成所述稀疏相控阵天线。

优选地，所述介质天线阵列包含：

多个介质天线，相邻的每两个介质天线之间的距离固定；

每个所述介质天线包含：介质谐振器、及设置在该介质谐振器背面的馈线探针电路；每个所述介质天线通过馈线探针电路进行馈电。

优选地，所述微带天线阵列包含：

多个微带天线，相邻的每两个所述微带天线之间的距离固定，多根第一阻抗匹配线，每根所述阻抗匹配线将竖向相邻的多个所述微带天线连接在一起；

第二阻抗匹配线，将多根所述第一阻抗匹配线连接在一起。

优选地，所述微带天线阵列采用密集阵列设计的具体方法如下：

S1，设定有4N+1个微带天线在该微带天线阵列中，其中微带天线的个数参数N为整数；

S2，设定相邻每两个所述微带天线之间的距离为d1，其中d1=λ/2，λ为天线的工作波长。

优选地，所述介质天线阵列采用稀疏阵列设计的具体方法如下：

A1，设定有2M+1个介质天线在该介质天线阵列中，其中介质天线的个数参数M为整数；

A2，设定相邻每两个所述介质天线之间的距离为d2，其中d2=(2N+1)λ/2。

优选地，所述介质天线的个数参数M与所述微带天线的个数参数N之间的关系为N≈1.3M。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明公开的一种稀疏相控阵天线，通过采用稀疏阵列设计介质天线阵列、采用密集阵列设计微带天线阵列，在提供相控阵分辨率的前提下，抑制了稀疏相控阵天线的栅瓣。本发明相对于现有技术，提高了空间分辨率，并使得每个天线单元之间的互耦状况减弱等优点；因此，本发明具有很强的实用性及应用前景。

附图说明

图1为本发明一种稀疏相控阵天线的具体结构示意图。

图2为本发明一种稀疏相控阵天线的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种稀疏相控阵天线，该稀疏相控阵天线包含：多个介质天线阵列10及多个微带天线阵列20。其中，介质天线阵列10采用稀疏阵列设计；微带天线阵列20采用密集阵列设计。每个介质天线阵列10与对应微带天线阵列20组合形成组成阵列，多个组合阵列形成稀疏相控阵天线。

如图1、图2所示，介质天线阵列10包含：多个介质天线11。相邻的每两个介质天线11之间的距离固定。

每个介质天线11包含：介质谐振器111、及设置在该介质谐振器111背面的馈线探针电路112。每个介质天线11通过馈线探针电路112进行馈电。

本发明中，采用的介质天线11由低损耗的微波介质材料构成，具有工作频带宽，成本较低，便于集成设计等优点。将介质天线应用于稀疏相控阵天线将具有广阔的实用性。

本发明利用每个介质天线11的介质谐振器111引入新的谐振点或通过调节馈线探针电路112改善阻抗匹配来提高天线的阻抗带宽。在选择介质谐振器111时，尽量使其品质因素Q值尽量小，避免由于过高的Q值容易引入较多的谐振。

本实施例中，Q值大小选择在50左右。介质天线11采用低损耗的微波介质材料（ε _rDR=9.8）和背面探针馈电的方式实现阵列天线的宽频带和低损耗等性能。

如图1所示，微带天线阵列20包含：多个微带天线21、多根第一阻抗匹配线22及第二阻抗匹配线23。

其中，相邻的每两个微带天线21之间的距离固定；每根阻抗匹配线22将竖向相邻的多个微带天线21连接在一起；第二阻抗匹配线23将多根第一阻抗匹配线22连接在一起。

本发明中，微带天线阵列20采用密集阵列设计的具体方法如下：

S1，设定有4N+1个微带天线21在该微带天线阵列20中，其中微带天线的个数参数N为整数。

S2，设定相邻每两个微带天线21之间的距离为d1，其中d1=λ/2，λ为天线的工作波长。

本发明中，介质天线阵列10采用稀疏阵列设计的具体方法如下：

A1，设定有2M+1个介质天线11在该介质天线阵列10中，其中介质天线的个数参数M为整数。

A2，设定相邻每两个介质天线11之间的距离为d2，其中d2=(2N+1)λ/2。

本发明中，介质天线11的个数参数M与微带天线21的个数参数N之间的关系为N≈1.3M。其中，N和M的取值范围与天线阵列中介质天线、微带天线距离和天线增益等指标有关。

例如，当微带天线阵列20含有9个微带天线21时，相邻每两个微带天线21间的间距d=λ/2。则，介质天线阵列10的阵元数为7，则介质天线阵列10中相邻介质天线11的间距 d=5λ/2。

本发明中，由于介质天线阵列10采用稀疏阵列设计、微带天线阵列20采用密集阵列设计，使得扫描波束变窄，空间分辨率提高，各个天线单元之间的互耦作用减弱；同时实现了相控阵的高分辨率和低栅瓣功能。

本发明提供的一种稀疏相控阵天线，具体功率计算情况如下：

微带天线阵列20的功率函数                                                为：

；

其中，N为微带天线21的个数参数，β=2πdsinθ/λ，θ信号入射角，λ为工作波长，d为天线孔径长度。

介质天线阵列10的功率函数为：

；

其中，M为介质天线11的个数参数。

则，本发明公开的一种稀疏相控阵天线的功率函数计算公式为：

；

也即，根据上述公式计算出该稀疏相控阵天线的实际功率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种稀疏相控阵天线，其特征在于，该稀疏相控阵天线包含：

多个介质天线阵列（10），每个介质天线阵列（10）所述采用稀疏阵列设计；

多个微带天线阵列（20），每个微带天线阵列（20）所述采用密集阵列设计；

每个所述介质天线阵列（10）与对应的所述微带天线阵列（20）组合形成组合阵列，多个组合阵列组成所述稀疏相控阵天线。

2.如权利要求1所述的稀疏相控阵天线，其特征在于，所述介质天线阵列（10）包含：

多个介质天线（11），相邻的每两个介质天线（11）之间的距离固定；

每个所述介质天线（11）包含：介质谐振器（111）、及设置在该介质谐振器（111）的馈线探针电路（112）；每个所述介质天线（11）通过馈线探针电路（112）进行馈电。

3.如权利要求2所述的稀疏相控阵天线，其特征在于，所述微带天线阵列（20）包含：

多个微带天线（21），相邻的每两个所述微带天线（21）之间的距离固定，多根第一阻抗匹配线（22），每根所述阻抗匹配线（22）将竖向相邻的多个所述微带天线（21）连接在一起；

第二阻抗匹配线（23），将多根所述第一阻抗匹配线（22）连接在一起。

4.如权利要求1所述的稀疏相控阵天线，其特征在于，所述微带天线阵列（20）采用密集阵列设计的具体方法如下：

S1，设定有4N+1个微带天线（21）在该微带天线阵列（20）中，其中微带天线的个数参数N为整数；

S2，设定相邻每两个所述微带天线（21）之间的距离为d1，其中d1=λ/2，λ为天线的工作波长。

5.如权利要求4所述的稀疏相控阵天线，其特征在于，所述介质天线阵列（10）采用稀疏阵列设计的具体方法如下：

A1，设定有2M+1个介质天线（11）在该介质天线阵列（10）中，其中介质天线的个数参数M为整数；

A2，设定相邻每两个所述介质天线（11）之间的距离为d2，其中d2=(2N+1)λ/2。

6.如权利要求5所述的稀疏相控阵天线，其特征在于，所述介质天线（11）的个数参数M与所述微带天线（21）的个数参数N之间的关系为N≈1.3M。