CN105680182A - 阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种阵列天线，所述阵列天线包括：宽带天线阵面，由宽带天线单元阵列式排列组成，用于完成电磁信号的辐射和接收；有源可重构组件，与所述宽带天线单元相连接，将所述宽带天线阵面重构成具有不同天线间距和阵面大小的工作子单元，从而实现对不同频段电磁信号的辐射和接收。本发明实施例提出的阵列天线通过增设有源可重构组件，将宽带天线阵面重构成具有不同天线间距和阵面大小的工作子单元，不同的工作子单元的具有不同的工作频段，在保持天线孔径在宽频带内增益稳定的同时，减少系统所需的TR通道的数量，降低系统的成本，功耗。

Description

阵列天线

技术领域

本发明涉及电磁波辐射和接收技术领域，尤其涉及一种阵列天线。

背景技术

天线技术随着半导体技术，微电子技术和数字信号处理技术的发展而不断的发展，从传统的单天线，阵列天线，机械扫描天线，无源相控阵天线，到固态有源相控阵天线和数字阵列天线，天线已经不再是一个简单的匹配结构，而是集微波，射频，控制，信号处理为一体的复杂系统，功能和性能不断提升。固态有源相控阵天线和数字阵列天线是未来天线发展的重要趋势，其主要优势有：1)固态有源相控阵天线和数字阵列天线采用多通道合成技术，将每个通道较低的功率通过空间合成高功率，实现远距离的探测和通信，降低了对器件功率等方面的要求；2)阵列天线能够方便的对波束进行加权处理，根据系统要求实现超低副瓣，赋形等波束要求，实现可控的空间功率分配，提升系统的抗干扰能力；3)有源相控阵列天线和数字阵列天线能够实现波束的微秒级快速扫描，实现大空域、高增益搜素，跟踪。

阵列天线给系统带来优势的同时，由于每个通道要求并行处理，其系统构成十分复杂。尤其是宽带宽角扫描阵列天线，要求天线阵面采用小的单元间距，通常要求阵列单元尺寸为阵列工作最小工作波长的二分之一；为了保证阵列天线在低频段的增益，要求阵列天线具有足够大的孔径尺寸，因此宽带高增益阵列中通常有成千上万个天线单元和通道，保证宽带宽角的扫描能力和宽带的增益稳定，给系统的设计和制造带来很大的压力。

发明内容

本发明实施例的目的是提出一种阵列天线，用于解决现有阵列天线中天线单元和TR通道数量庞大的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种阵列天线，所述阵列天线包括：宽带天线阵面，由宽带天线单元阵列式排列组成，用于完成电磁信号的辐射和接收；有源可重构组件，与所述宽带天线单元相连接，将所述宽带天线阵面重构成具有不同天线间距和阵面大小的工作子单元，从而实现对不同频段电磁信号的辐射和接收。

本发明实施例提出的阵列天线通过增设有源可重构组件，将宽带天线阵面重构成具有不同天线间距和阵面大小的工作子单元，不同的工作子单元的具有不同的工作频段，在保持天线孔径在宽频带内增益稳定的同时，减少系统所需的TR通道的数量，降低系统的成本，功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为为本发明实施例的阵列天线的组成示意图；

图2为本发明实施例阵列天线的重构模式示例一；

图3为本发明实施例阵列天线的重构模式示例二；

图4为本发明实施例阵列天线的重构模式示例三。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例的阵列天线通过增设有源可重构组件，将宽带天线阵面重构成具有不同天线间距和阵面大小的工作子单元，不同的工作子单元的具有不同的工作频段，高频段工作子单元采用较小的天线单元间距和较少的天线单元数量组成，低频段工作子单元采用较大的天线单元间距和较多的天线单元数量，保持天线孔径在宽频带内增益稳定的同时，减少系统所需的TR通道的数量，降低系统的成本，功耗。

图1为本发明实施例的阵列天线的组成示意图，如图1所示，本发明的阵列天线包括：宽带天线阵面10和有源可重构组件20。

宽带天线阵面10由多个宽带天线单元11组成，主要用于辐射和接收电磁信号。

有源可重构组件20通过收发切换开关30与宽带天线阵面10相连接，通过控制收发切换开关30、收发切换开关31的状态，从而完成对电磁信号的接收和辐射。例如，当收发切换开关30、收发切换开关31置于接收状态，空间电磁波信号1被宽带天线单元11接收，电磁波信号1先经过限幅器32和低噪声放大器33进行放大，保证系统的接收灵敏度。

宽带天线阵面10接收到的信号经过第一功分器21分为高频段信号和中低频段信号两路信号，高频段信号直接到达频段切换开关23的高频端口，即高频段信号处理时只需要1个天线单元对应一个通道(第一工作子单元)。4个天线单元的中低频信号经过第一合路器22合成后再被第二功分器211分为中频信号和低频信号两路，中频信号输出到频段切换开关23的中频端口，即中频段信号处理时需要4天线单元重构为一个单元使用(第二工作子单元)；4个低频信号的输出信号经过第二合路器221合成后，输出到频率切换开关23的低频端口，即低频段信号处理时需要16个天线单元重构为一个单元(第三工作子单元)。根据系统所需的工作频段，将频段切换开关23置于不同的端口，即可针对不同频段信号对阵面天线的的天线单元间距和单元大小进行重构。

本发明实施例的有源可重构组件20包括：功分器(21、211)、合路器(22、221)以及频段切换开关23。通过功分器(21、211)、合路器(22、221)以及频段切换开关23的相互配合，根据系统需求，将天线阵面10进行重构，整个天线阵面10被分成三个独立的工作子单元：第一工作子单元、第二工作子单元、第三工作子单元。第一工作子单元由1个天线单元组成，用于处理高频段信号，第二工作子单元由4个天线单元组成，用于处理中频段信号，第三工作子单元由16个天线单元组成，用于处理低频段信号。

在本发明一个实施例中，本发明的宽带天线阵面10工作频段覆盖2～18GHz，天线单元11的孔径规模按照系统需要的最大增益进行设计。宽带小型化单元按照最高工作频率18GHz和最大无栅瓣扫描角度θmax要求进行设计并排列成阵列结构。天线阵面10经过有源可重构组件20的重构后，把天线阵面10重构成第一工作子单元工作频段为8～18GHz，第二工作子单元工作频段为4～8GHz，第三工作子单元工作频段为2～4GHz。

在本发明一个实施例中，有源可重构组件20可采用平面多层印制电路结构，不同频段的有源可重构组件(功分器、合路器)印制在不同的电路层，避免层间干扰，同时采用平面结构极大降低了射频孔径的纵向高度。

本发明实施例的阵列天线，在发射状态下，系统控制收发切换开关30和31置于发射状态，根据系统的工作频段将频段切换开关23置于相应的端口。频段切换开关23置于高频端口，高频发射信号直接连接到第一功分器21，经过宽带功率放大器40给一个天线单元馈电，将电磁波信号辐射到自由空间；频段切换开关23置于中频端口，中频信号经过第二功分器211及第一合路器22，给4个天线单元馈电，在自由空间形成4个单元的合成电磁波，将中频电磁波辐射到自由空间；频段切换开关23置于低频端口，低频信号经过第二功分器211、第一合路器22以及第二合理器221给16个天线单元馈电，在自由空间形成16个单元的合成电磁波。从而在不同频段通过有源可重构组件20重构成了不同的天线阵面大小，保证在全频段的辐射增益稳定。根据系统发射组件的数量，系统的工作频段、将频段开关切换到不同位置，即可实现不同规模阵列大小的扩展。

图2为本发明实施例阵列天线的重构模式示例一，如图2所示，对于相同的增益需求，天线阵在第一工作子单元B1，第二工作子单元B2，第三工作子单元B3的阵面大小不同，以B3频段实现增益G0所需阵面规模进行系统设计，B1，B2的阵面与B3共用，通过频段切换开关进行频率切换，在不同的工作频段，不同的工作模式下，选取阵列的不同部位，不同大小的阵面进行工作，动态实现不同的工作模式，合理利用资源匹配系统的性能。

图3为本发明实施例阵列天线的重构模式示例二，如图3所示，根据系统需求，整个阵面分为B1，B2，B3三个工作子频段，B3部分阵面全部连接频段切换开关的低频接口，与系统相应的TR组件连接；B2中的阵面全部连接频率切换开关的中频接口，与系统相应的TR组件连接；B1中的阵面全部连接频率切换开关的高频接口，再与系统相应的TR组件连接；在这种模式下，系统将整个天线阵面分布成不同的工作子单元区域，实现全频段的覆盖。中低频段的天线经过重构，同样增大了单通道对应的天线面积，提高了全频段的增益。

图4为本发明实施例阵列天线的重构模式示例三，如图4所示，根据系统需求，整个阵面分为B1，B2，B3三个工作子单元，系统选择在阵面天线中任意位置选择天线子单元，分别连接不同的频率开关，则天线子单元经过不同的有源可重构组件分别工作在不同频段。

本发明实施例的阵列天线通过增设有源可重构组件，将宽带天线阵面重构成具有不同天线间距和阵面大小的工作子单元，不同的工作子单元的具有不同的工作频段，高频段工作子单元采用较小的天线单元间距和较少的天线单元数量组成，低频段工作子单元采用较大的天线单元间距和较多的天线单元数量，保持天线孔径在宽频带内增益稳定的同时，减少系统所需的TR通道的数量，降低系统的成本，功耗。同时本发明实施例的阵列天线，通过在低频端将多个单元重构为较大的独立单元，提高独立单元的增益，可以兼顾宽带使用过程中，低频端单元天线增益过小的问题；且本发明实施例的阵列天线在不同的工作频段，不同的工作模式下，选取阵列的不同部位，不同大小的阵面进行工作，动态实现不同的工作模式，合理利用资源匹配系统的性能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种阵列天线，其特征在于，所述阵列天线包括：

宽带天线阵面，由宽带天线单元阵列式排列组成，用于完成电磁信号的辐射和接收；

有源可重构组件，与所述宽带天线单元相连接，将所述宽带天线阵面重构成具有不同天线间距和阵面大小的工作子单元，从而实现对不同频段电磁信号的辐射和接收。

2.如权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述有源可重构组件包括功分器、合路器及频段切换开关，所述功分器与所述宽带天线单元相连接，所述频段切换开关与相应频段的TR组件相连接，所述合路器与所述功分器、合路器相连接。

3.如权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述宽带天线阵面的工作频段为2～18GHz。

4.如权利要求3所述的阵列天线，其特征在于，所述有源可重构组件将所述宽带天线阵面重构成三个独立的工作子单元。

5.如权利要求4所述的阵列天线，其特征在于，所述三个独立的工作子单元具体为，工作频段为2～4GHz的第一工作子单元；工作频段为4～8GHz的第二工作子单元；工作频段为8～18GHz的第三工作子单元。

6.如权利要求5所述的阵列天线，其特征在于，所述第一工作子单元由16个天线单元重构组成；所述第二工作子单元由4个天线单元重构组成，所述第三工作子单元由1个天线单元重构。

7.如权利要求2所述的阵列天线，其特征在于，所述有源可重构组件为多层印制电路结构。

8.如权利要求7所述的阵列天线，其特征在于，所述控制不同工作子单元的有源可重构组件位于不同的电路层。