CN109286082A - 一种改善相控阵扫描交叉极化的天线阵 - Google Patents

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余英瑞
张慧
蒋之浩
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Abstract

本发明公开了一种改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，包括成列、交错排布的第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线，其中，第一双渐变槽天线与第二双渐变槽天线的渐变槽张角相反。本发明采用的第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线的交叉极化水平均属于普通水平，从加工、设计的角度很容易实现；本发明通过将第一双渐变槽天线与第二双渐变槽天线的渐变槽张角设计为相反的，使得交叉极化分量可以相互抵消，从而大大改善了相控阵的交叉极化水平。

Description

一种改善相控阵扫描交叉极化的天线阵
技术领域
本发明涉及微波毫米波领域，特别是涉及一种改善相控阵扫描交叉极化的天线阵。
背景技术
天线作为雷达、通信系统的关键部件对整个系统的链路指标性能有着非常重要的影响。衡量天线性能的主要技术指标有：增益，阻抗带宽，交叉极化，效率等等。天线阵列的交叉极化水平衡量了天线抑制正交方向电磁波的能力。在相同发射(接收)功率条件下，天线阵列发射(接收)到的交叉极化电平越小，则天线阵的交叉极化性能越好、抗极化的干扰能力越强。目前的相控阵天线一般是在每个射频通道后面接相同的天线辐射单元。通过调节每个射频通道的幅度或相位从而改变合成波束的指向。目前的方案下相控阵交叉极化性能是比较差的。传统相控阵组阵方案一般采用相同的辐射单元，一旦应用在相控组阵情况下，每个天线单元之间间距很近存在一定互耦效应。同时，这些辐射单元的交叉极化电场方向是一致的，交叉极化电平会相互叠加。使得天线阵列整体方向图交叉极化性能恶化。为了降低相控阵的交叉极化电平，传统技术方案一般是采用交叉极化电平更低的天线单元來组阵从而降低阵列的交叉极化电平。
降低天线单元的交叉极化对于改善天线阵列整体的交叉极化有一定作用，但是由于采用的天线辐射单元相同，交叉极化电场的方向也是相同的。这会让交叉极化电平叠加，从而恶化天线阵列整体的交叉极化性能。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的改善相控阵扫描交叉极化的天线阵。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，包括成列、交错排布的第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线，其中，第一双渐变槽天线与第二双渐变槽天线的渐变槽张角相反。
进一步，所有双渐变槽天线都安装在插槽板上，插槽板的两端通过固定块固定。
进一步，所述第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线均采用微带线转基片集成波导馈电结构。
进一步，所述相邻的第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线之间的间距为二分之一工作波长。
进一步，所述第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线的总数为15个。
有益效果：本发明公开了一种改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)本发明采用的第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线的交叉极化水平均属于普通水平，从加工、设计的角度很容易实现；
2)本发明通过将第一双渐变槽天线与第二双渐变槽天线的渐变槽张角设计为相反的，使得交叉极化分量可以相互抵消，从而大大改善了相控阵的交叉极化水平。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中天线阵、第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线的结构图；
图2为本发明具体实施方式中天线阵的排布示意图；
图3为传统相控阵的天线阵的排布示意图；
图4为本发明具体实施方式中涉及的天线阵的侧视图；
图5为本发明具体实施方式中第一双渐变槽天线的仿真方向图；
图5(a)为在xoz面的仿真方向图；
图5(b)为在yoz面的仿真方向图；
图6为本发明具体实施方式中第二双渐变槽天线的仿真方向图；
图6(a)为在xoz面的仿真方向图；
图6(b)为在yoz面的仿真方向图；
图7为本发明具体实施方式中两种双渐变槽天线仿真测试的反射系数；
图8为本发明具体实施方式中工作在24.3GHz的天线阵在扫描角为0度时的方向图；
图9为本发明具体实施方式中工作在24.3GHz的天线阵在扫描角为-10～-40度时的方向图；
图9(a)为扫描角在-10度时的方向图；
图9(b)为扫描角在-20度时的方向图；
图9(c)为扫描角在-30度时的方向图；
图9(d)为扫描角在-40度时的方向图；
图10为本发明具体实施方式中工作在24.3GHz的天线阵在扫描角为+10～+40度时的方向图；
图10(a)为扫描角在+10度时的方向图；
图10(b)为扫描角在+20度时的方向图；
图10(c)为扫描角在+30度时的方向图；
图10(d)为扫描角在+40度时的方向图；
图11为与传统相控阵天线对比在不同扫描角阵列交叉极化电平的改善结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，如图1、图2和图4所示，包括成列、交错排布的第一双渐变槽天线1和第二双渐变槽天线2，其中，第一双渐变槽天线1与第二双渐变槽天线2的渐变槽张角相反。第一双渐变槽天线1和第二双渐变槽天线2的总数有15个，其中，奇数号的是第一双渐变槽天线1，偶数号的是第二双渐变槽天线2。相邻的第一双渐变槽天线1和第二双渐变槽天线2之间的间距为二分之一工作波长。图3是传统的天线阵，传统的天线阵中所有双渐变槽天线的张角都相同。
所有双渐变槽天线都安装在插槽板16上，插槽板16的两端通过固定块17固定。插槽板16和固定块17都采用金属材料。
第一双渐变槽天线1和第二双渐变槽天线2均采用微带线转基片集成波导馈电结构。以第一双渐变槽天线1为例，如图1所示，深色区域为顶层金属层18，浅色区域为底层金属层19。所用介质为0.254mm厚度的微波板材Taconic TLY-5。
第一双渐变槽天线1的仿真方向图如图5(a)和图5(b)所示，第二双渐变槽天线2的仿真方向图如图6(a)和图6(b)所示。
为了验证本发明的天线阵列的性能，基于上述方法和结构，采用介电常数2.2、厚度为0.254mm的微波板材Taconic TLY-5加工了工作于24-27GHz的天线阵列。采用矢量网络分析仪以及频率扩展设备进行了天线反射系数的测试，测试结果如图7所示，测试结果与仿真结果符合较好。
同时在暗室对天线的方向图进行了测试，以24.3GHz为例测试了波束在不同扫描角度时的主极化交叉极化方向图，如图8-10所示，仿真与测试结果均达到了设计目标。波束指向在±40度内可控且交叉电平性能很好。图11比较了传统相控阵方案与本发明提出的相控阵组阵方案在不同波束扫描角的交叉极化性能对比，可以看出在大部分扫描角上本发明提出的相控阵天线组阵方案交叉极化性能均优于传统相控阵组阵方案。在正负20度以内，更是将交叉电平降低了超过10dB以上。综上所述，本发明提出的相控阵组阵方案在大部分扫描角对于阵列方向图的交叉极化性能均有较大的改善。

Claims (5)

1.一种改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，其特征在于：包括成列、交错排布的第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线，其中，第一双渐变槽天线与第二双渐变槽天线的渐变槽张角相反。
2.根据权利要求1所述的改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，其特征在于：所有双渐变槽天线都安装在插槽板(16)上，插槽板(16)的两端通过固定块(17)固定。
3.根据权利要求1所述的改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，其特征在于：所述第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线均采用微带线转基片集成波导馈电结构。
4.根据权利要求1所述的改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，其特征在于：所述相邻的第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线之间的间距为二分之一工作波长。
5.根据权利要求1所述的改善相控阵扫描交叉极化的天线阵，其特征在于：所述第一双渐变槽天线和第二双渐变槽天线的总数为15个。
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