CN105680178A - 二维电子扫描天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维电子扫描天线，包括，由至少2组辐射单元组构成的二维天线阵列，所述辐射单元组至少包括2个辐射单元，还包括：与所述辐射单元组相对应的第一传输线，每个所述第一传输线与一组辐射单元组中的2个辐射单元相连，用于对所述两个辐射单元的相位进行同时调整。本发明克服了现有二维电子扫描天线的结构复杂的缺点，精简了对天线的组成器件。
Description
技术领域
本发明属于测控、通信领域的天线技术，涉及一种二维电子扫描天线，特别涉及一种基于射频开关的二维电子扫描天线。
背景技术
对于固定波束的天线而言，天线增益与波束覆盖范围之间存在矛盾。一般而言，天线增益越高，则天线波束覆盖的角域范围越小。因此，为了解决上述矛盾，通常采用两种方法：一种是将天线安装在伺服装置上，通过伺服机构的转动实现天线波束的机械扫描，但是，伺服机构使得天线的体积和重量大大增加，而且天线波束扫描速度受到伺服机构的制约；另一种办法是采用相控阵天线的形式，通过对阵列天线各辐射单元激励相位的控制实现合成波束的电子扫描，尽管相控阵天线具有扫描速度快、波束控制灵活等特点，但是需要多个移相装置，复杂度较高，成本较高。
因此，需要一种能够克服上述问题的二维电子天线。
发明内容
有鉴于此，为克服上述至少一个缺点，并提供下述至少一种优点。本发明公开了一种二维电子扫描天线，克服了现有二维电子扫描天线的结构复杂的缺点，精简了对天线的组成器件。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种二维电子扫描天线，包括，由至少2组辐射单元组构成的二维天线阵列，所述辐射单元组至少包括2个辐射单元，还包括：与所述辐射单元组相对应的第一传输线，每个所述第一传输线与一组辐射单元组中的2个辐射单元相连，用于对所述两个辐射单元的相位进行同时调整。
进一步的，所述第一传输线通过第一相位调节部同时调整所述两个辐射单元的相位。
进一步的，所述二维天线阵列包含2组辐射单元组，每组所述辐射单元组包括3个辐射单元，所述天线还包括第二传输线，用于与辐射单元组中位于所述两个辐射单元之间的第三辐射单元相连，连接于同一辐射单元组的所述第一传输线和所述第二传输线通过功分器/合路器与输入/输出端相连。
进一步的，所述第一相位调节部为具有多个抽头的电子开关。
进一步的，还包第二选通抽头，将所述功分器/合路器通过所述第二选通抽头与所述输入/输出端相连。
进一步的，所述第二选通抽头为具有多个抽头的电子开关。
通过上述技术方案可知，具有有益的技术效果，包括：
通过第一传输线构成的第一级一维馈电网络可快速调整天线的波束，且切换方便时间简单，同时，采用本发明与与采用伺服机构实现波束扫描的天线比较，具有设备复杂度低、功耗低的优点。
进一步的，本发明所实现的天线的波束个数与辐射单元数无关，便于扩展波束个数，减小波束跃度，提高覆盖角域内的天线增益。并且由第一传输线和第二传输线分别构成的第一级和第二级的馈网络络拓扑结构简单，开关个数少，便于低插损、低功耗馈电网络的实现。
同时，本发明可实现阵列天线波束的二维扫描，具有较高的增益和较宽的波束覆盖范围，可应用于测控、通信领域。
附图说明
图1为本发明第一实施例12波束3×3阵列天线示意图；
图2为本发明第一实施例中的第一级一维馈电网络示意图；
图3为本发明第一实施例中的第二级一维馈电网络示意图；
图4为本发明的第二实施例16波束2×2阵列天线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明第一实施例12波束3×3阵列天线示意图；
参考图1，本发明实施例的天线装置包括由9个辐射单元组成的天线阵列。9个辐射单元分为三组，即3个辐射单元组，并按照图1所示方式进行布置，从而构成一个二维天线阵列。
同时，该天线装置还包括与该二维天线阵列相连接的一个单端口输入、9端口输出的二维馈电网络，该二维馈电网络可分为第一传输线和第二传输线，从而构成二级馈电网络。
分为3组的的辐射单端，采用3×3的矩形栅格排列方式，对于其中的一组辐射单元组可识别由图1中沿X方向排布的辐射单元组成。对于一组辐射单元中位于两侧的2个辐射单元，配置有一个第一传输线，该第一传输线的两端中的每一个分别与一个辐射单元相连，从而可将该2个辐射单元的相位作为一个整体进行调节。在该第一传输线上配置有第一相位调节部，该相位调节部具有多个相位调节档位，对应于不同的相位调节档位，可以同时对与第一传输线相连的2个辐射单元的相位进行同时调整。在本发明实施例中，第一相位调节部可是为具有多个档位的选通抽头，因此，设置于选通抽头每一个可以选通的档位，可以实现对2个辐射单元的同时相位调节。
对应于每组辐射单元组中未与第一传输线相连的剩余辐射单元，本发明实施例还配有第二传输线(可记为相位补偿段)，从而可利用该第二传输线对上述剩余辐射单元进行控制。
在本发明实施例中，上述第一传输线和第二传输线共同构成一级馈电网络的一部分。相应的，该级馈电网络还包括功分器/合路器(记为第一级功分器/合路器，其功分器或合路器的作用分别针对信号的输入或输出方向进行界定)。因此，以该天线阵列作为被输入端(即作为发射天线)为例，则第一功分器/合路器被识别为工作于功分器的状态，当输入信号时，通过第一功分器将输入信号分别传输到第一传输线和第二传输线。通过第一传输线及第一相位调节部相应的选通抽头的档位设置，可同时对与第一传输线相连的2个辐射单元的相位进行调制，而在本发明实施例中，与未与第一传输线相连的辐射单元相连的第二传输线(相位补偿段)可用于补偿传输相位，保证中间辐射单元的激励相位为两侧辐射单元激励相位的平均值，保证中间行辐射单元的激励相位为另外两行辐射单元激励相位的平均值。
与上述第一功分器相对应，当利用上述天线阵列接收天线时，第一功分器/合路器被识别为工作于合路器的状态，而进一步调整第一传输线上的相位调节部所设定的档位，可调整作为接收天线时的天线相位，且由于作为接收天线与作为发射天线具有相的信号流向，因此，在作为接收天线时，在第一传输线和第二传输线上的信号与作为发射天线时，在第一传输线和第二传输线上的信号正好相反。
与上述描述相对应，在图1沿Y方向的各辐射单元组采均相同的连接方式。有所区别的是，沿Y方向上处于最上端的辐射单元组(记为第一辐射单元组)与处于最下端的辐射单元组(记为第三辐射单元)的经过各自的合路器/功分器的端口共同连接于一个具有多抽头的电子开关，而位于第一辐射单元组和第三辐射单元组之间的辐射单元组(记为第二辐射单元组)的第一级合路器/功分器的端口则与上述具有多抽头的电子开关的调节端共同连接于一第二级合路器/功分器，通过该第二级合路器/功分器与天线的输入/输出端口相连。前述第二级功分器/合路器的输入端/输出端为整个电子切换二维扫描顺序多波束阵列天线的输入端/输出端。
图2为本发明第一实施例中的第一级一维馈电网络示意图；
图3为本发明第一实施例中的第二级一维馈电网络示意图；
进一步参考图2，在图2中示出了与每一组辐射单元组中各辐射单元相连的第一传输线和第二传输线的连接图。该第一传输线和第二传输线及合路器/功分器共同构成第一级一维馈电网络。
参考图3，由与第一辐射单元组和第三辐射单元组相连的多抽头电子开关和和与第二辐射单元组相连的馈线经过一合路器/功分器共同构成，从而构成本发明实施例的第二级一维馈电网络。通过该第二级一维馈电网络可对辐射单元组的输入输出进行整体的调节。
通过上述第一级一维馈电网络和第二级一维馈电网络，可同时对与之相连的一组辐射单元组中的个各辐射单元进行相位调节，避免了单独对某个辐射单元进行相位调节的繁琐。
在上述实施例中，每一个一维馈电网络和相应的辐射单元构成一维扫描的顺序多波束天线，两级馈电网络和相应的辐射单元构成两个维度扫描的顺序多波束天线，通过控制电路对各射频电子开关的选通状态进行切换，可实现波束的二维电子扫描。
选通抽头在传输线上的位置决定了传输线两端的相位差。通过调整第一级一维馈电网络中选通抽头之间传输线的长度，可以改变每一行两侧辐射单元的激励相位差，从而对阵列的X轴方向波束指向进行控制。通过调整第二级一维馈电网络中选通抽头之间传输线的长度，可以改变第一行和第三行辐射单元的激励相位差，从而对阵列的Y轴方向波束指向进行控制。
相位补偿段可用于补偿输入端口/输出端口到不同辐射单元的传输相位差。通过调整第一级一维馈电网络中相位补偿段长度dx，可保证每一行中间辐射单元的激励相位为两侧辐射单元激励相位的平均值。通过调整第二级一维馈电网络中相位补偿段长度dy，可保证中间行辐射单元的激励相位为另外两行辐射单元激励相位的平均值。
在上述实施例中，辐射单元采用了微带天线形式，也可采用其它类型的天线作为辐射单元。
在上述实施例中，功分器/合路器采用了等功率分配，也可以采用不等功率分配，实现对天线阵列的幅度加权激励。
本发明的波束个数与辐射单元个数无关，仅与两级电子开关的端口数有关。若两级电子开关分别为单刀M1掷和单刀M2掷，则波束个数为M1×M2个。在上述实施例中，第一级电子开关(相位调节部)可为单刀四掷，第二级电子开关(多抽头的电子开关)可为单刀三掷，可形成的波束个数为4×3＝12个。
本发明实施例中的辐射单元布局可替换的采用2×2，2×3，3×2等形式。
图4为本发明的第二实施例16波束2×2阵列天线示意图。
参考图4，为发明实施例中2×2阵列天线示意图，该2×2阵列天线作为上述3×3阵列天线的变形形式，仅具有2组辐射单元组，且每组辐射单元组中仅具有2个辐射单元。从而对应于该实施例中的每个辐射单元组，仅采用上述第一传输线连接一组辐射单元组中的两个辐射单元，并通过一个多抽头电子开关连接与该两组辐射单元组相连的2个第一传输线。
该实施例采用了2×2的阵列布局，去掉了两级一维馈电网络中的第一级功分器/合路器。另外，本实施例中两级电子开关均为单刀四掷，可形成的波束个数为4×4＝16个。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非用来限制本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本发明做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种二维电子扫描天线，包括，由至少2组辐射单元组构成的二维天线阵列，所述辐射单元组至少包括2个辐射单元，其特征在于，还包括：与所述辐射单元组相对应的第一传输线，每个所述第一传输线与一组辐射单元组中的2个辐射单元相连，用于对所述两个辐射单元的相位进行同时调整。
2.如权利要求1所述天线，其特征在于：所述第一传输线通过第一相位调节部同时调整所述两个辐射单元的相位。
3.如权利要求1或2所述天线，其特征在于：所述二维天线阵列包含2组辐射单元组，每组所述辐射单元组包括3个辐射单元，所述天线还包括第二传输线，用于与辐射单元组中位于所述两个辐射单元之间的第三辐射单元相连，连接于同一辐射单元组的所述第一传输线和所述第二传输线通过功分器/合路器与输入/输出端相连。
4.如权利要求2所述天线，其特征在于：所述第一相位调节部为具有多个抽头的电子开关。
5.如权利要求1所述天线，其特征在于，还包第二选通抽头，将所述功分器/合路器通过所述第二选通抽头与所述输入/输出端相连。
6.如权利要求5所述天线，其特征在于，所述第二选通抽头为具有多个抽头的电子开关。
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