CN111541035B - 一种gnss智能天线布阵优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GNSS智能天线布阵优化方法，属于阵列天线技术领域，天线包括反射地板、安装在反射地板上的阵列天线，从三个方面进行优化：阵元间互耦的补偿、反射地板的不对称性的补偿、边界条件不对称的补偿。本发明通过优化阵列天线的元波束的各向一致性，以此达到优化GNSS智能天线的辐射方向图的目的。

Description

一种GNSS智能天线布阵优化方法
技术领域
本发明涉及阵列天线技术领域，尤其是一种GNSS智能天线布阵优化方法，用于优化阵列天线辐射方向图。
背景技术
阵列天线在干扰对抗、信号增强、姿态确定等领域已经得到了广泛的应用。阵列天线的辐射方向图由阵元辐射特性和整体布阵信息两者共同决定。而在大多数情况下，阵列天线的布阵情况是基本确定的，阵元辐射特性即阵列天线单元振子的元波束辐射特性决定了天线阵的性能。在阵列天线应用当中一般是按照理想状态计算元波束，即认为各阵元在天线阵列中H面辐射方向图是全向的。但是实际情况是阵元置于天线阵列中，并安装在同一个反射地板上不同位置，必然会引起阵列天线中各阵元辐射方向图的畸变，即便是依靠算法加以修正和补偿，也不能很好的抵消掉阵元各向不一致性造成的计算误差，最终影响到阵列天线的可靠性和准确度。
影响阵列天线的阵元波束方向图各向一致性的因素主要有：①阵元之间的互耦。既然各阵元布置于天线阵列当中，必然要受到来自其它阵元的耦合信号的影响，这不但会使天线的辐射方向图产生严重的畸变，而且会增加形成波束的副瓣电平，导致天线阵列辐射性能下降。②反射地板的不对称性。阵列天线安装在反射地板上面，反射地板起到反射空间电磁波信号、约束天线波束形状的作用。在组阵使用时，阵元在地板上的位置各向不对称，会导致天线振子的地电流和地板反射空间各向电磁波的不对称性，也会影响到天线的波束的各向一致性。③边界条件不对称。阵列天线无论采取怎样的布阵方式，都很难保证阵列天线的阵元在各个方向的边界条件完全一致，导致阵元的辐射波束方向图的水平各向产生差异，此差异如果只靠结构的对称性是很难平衡掉的，因为阵元在阵中受到的其它阵元的耦合也是不对称的。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种GNSS智能天线布阵优化方法，通过优化阵列天线的元波束的各向一致性，以此达到优化阵列天线的辐射方向图的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种GNSS智能天线布阵优化方法，天线包括反射地板、安装在反射地板上的阵列天线，其特征在于从三个方面进行优化：阵元间互耦的补偿、反射地板的不对称性的补偿、边界条件不对称的补偿。
本发明技术方案的进一步改进在于：阵元间互耦的补偿方法为：错开阵列天线中相邻阵元的谐振频率以及增加阵元间距。
本发明技术方案的进一步改进在于：分别往高端和低端调节阵列天线中相邻的阵元的谐振频率，改善阵元间的耦合的影响。
本发明技术方案的进一步改进在于：增加阵列天线的阵元之间的布阵间距，让阵元间平行波束的波程相位差在区间内信号单调。
本发明技术方案的进一步改进在于：阵列天线的阵元上设置有调整微带天线辐射贴片外形的加载的短截线，以及调节同轴馈电点间相位差的调试位置；反射地板的不对称性的补偿为：调节阵列天线阵元馈电网络的馈电端口之间的相位关系和辐射贴片形状。
本发明技术方案的进一步改进在于：在四点均匀馈电方式中，在四根同轴内导体与90度四相位耦合芯片之间增加一段调试微带线用于调节四个馈电端口之间的相位差，补偿地板不对称带来的阵元辐射方向图的影响。
本发明技术方案的进一步改进在于：根据阵列天线中各阵元在地板上的相对位置，分别调整微带天线辐射贴片的四面加载的短截线的长度，优化阵元方向图的圆度。
本发明技术方案的进一步改进在于：边界条件不对称的补偿方式：在阵列天线四周添加带有匹配负载网络的边界补偿天线。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明采用多种手段降低在构造阵列天线时各天线阵元的辐射方向图在各方向产生的畸变，增加了后级数字处理单元的解算的可靠性以及真实性，降低了数字算法的补偿难度，提升了终端整机的性能。
通过采取错开阵列中相邻阵元的谐振频率的方法减小各阵元间的耦合；另外，通过增加阵元间距也可以降低阵元之间的耦合，加大阵列天线的阵元间距，让阵元间平行波束的波程相位差在区间内信号单调，就可以避免因增加阵元间距而信号混叠产生形成波束的方向图旁瓣恶化的问题，各阵元波束方向图的各向一致性有得到改善。
天线振子组阵使用时，阵中的各阵元不可能都处在反射地板的正中央位置。适当加大反射地板的尺寸，让阵元在反射面上的位置对称性得到改善，天线各向一致性可以得到优化。但是反射地板的尺寸是有限的，本发明根据阵列天线中各阵元在地板上的相对位置，分别调整微带天线辐射贴片的四面加载的短截线的长度，可以优化阵元方向图的圆度；另外适当调整天线馈电网络的各端口之间的相位关系，可以平衡反射板地电流不对称带来的影响。
阵列天线无论采取什么样的布阵方式，都很难保证阵元各方向的边界条件完全一致，本发明设计在阵列天线四周添加带有匹配负载网络的边界补偿天线，以此来优化阵列天线阵元水平各向的边界条件不对称性。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明电路原理示意图；
图3是本发明阵列天线所用天线阵元外形主视图；
图4是本发明阵列天线所用天线阵元外形侧视图；
图5是本发明阵列天线所用天线阵元外形仰视图；
图6是本发明未加补偿时七阵元阵列天线布阵示意图；
图7是本发明七阵元阵列天线增加布阵间距的示意图；
图8是本发明天线阵元四馈电网络相位调节点示意图；
图9是本发明七阵元阵列天线加边界补偿天线布阵示意图；
图10是本发明未加补偿时四阵元阵列天线布阵示意图；
图11是本发明四阵元阵列天线增加布阵间距的示意图；
图12是本发明四阵元阵列天线加边界补偿天线布阵示意图；
其中，1、反射地板，2、阵元，3、边界补偿天线，4、辐射贴片，5、同轴馈电点，6、90度四相位耦合芯片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，天线包括反射地板1、安装在反射地板1上的阵列天线以及边界补偿天线3，阵列天线的阵元上设置有调整微带天线辐射贴片4外形的加载的短截线，以及调节同轴馈电点5间相位差的调试位置。阵列天线的辐射特性由阵元辐射特性和整体布阵信息两者共同决定。而在布阵信息确定的情况下，阵元辐射特性即阵列天线单元振子的元波束辐射特性决定了天线阵的性能。优化GNSS智能天线布阵的各阵元的波束方向图的方法主要从三个方面进行：①阵元间互耦的补偿；②反射地板的不对称性的补偿；③边界条件不对称的补偿。
阵元间互耦的补偿：可以通过采取错开阵列天线中相邻阵元的谐振频率的方法减小阵元间的耦合。另外，通过增加阵元间距也可以降低阵元之间的耦合。错开阵列天线中相邻阵元的谐振频率的具体操作可以分别往高端和低端调节阵列天线中相邻的阵元的谐振频率，改善阵元间的耦合的影响。增加阵列天线的阵元之间的布阵间距，可以降低各阵元之间的耦合。加大阵列天线的阵元间距，让阵元间平行波束的波程相位差在区间内信号单调，就可以避免因增加阵元间距而信号混叠产生形成波束的方向图旁瓣恶化的问题，各阵元波束方向图的各向一致性有得到改善。
反射地板的不对称性的补偿：调节阵列天线阵元馈电网络的馈电端口之间的相位关系和辐射贴片形状。
具体的，适当调整天线馈电网络的各端口之间的相位关系，可以平衡反射板地电流不对称带来的影响。根据阵列天线中各阵元在地板上的相对位置，分别调整微带天线辐射贴片的四面加载的短截线的长度，优化阵元方向图的圆度。
边界条件不对称的补偿方式：在阵列天线四周添加带有匹配负载网络的边界补偿天线。
实施例一
以七阵元阵列天线为例，包括反射地板1、安装在反射地板1上的7个阵列天线阵元2和12个边界补偿天线3。边界补偿天线3的数量根据阵列天线阵元2的数量进行调整。
基本布阵设计如下：
布阵形式：阵元数根据波束增益和宽度、自由度等需求不同有所调整。七阵元阵列天线布阵形式为一个中心天线以及六个均匀分布的圆周天线组成。天线振子选择：阵列天线阵元和边界补偿天线都选用微带贴片天线，微带贴片天线单元一致性和相位中心稳定性更好、阵元间互耦也更小。馈电网络采用四点均匀馈电方式，让每个馈点相对于天线中心物理对称，天线的匹配和轴比的相对带宽更好、阵元波束方向图的对称性也较好。
组阵后对GNSS智能天线各阵元辐射方向图各向一致性的优化方法如下：
阵元间互耦的优化。以GPS_L1频段为例，其工作频率中心为1575.42MHz，调节阵列天线相邻阵元频率依次为1572.42MHz和1578.42MHz，可以改善阵元间的耦合。
另外，增加阵列天线阵元之间的布阵间距，也可以降低阵间耦合，但是同时需要考虑增加阵列天线阵元间距容易导致形成波束旁瓣的增加的问题。
一般情况下，阵列天线选择的相邻阵元的布阵间距为半个波长左右，但是实际上采用这个布阵间距时阵元间耦合还是很大，足以引起天线波束方向图在其它天线相对应得方向附近产生较大变形，阵元波束方向图一致性变差。如果加大阵列天线的阵元间距，让阵元间平行波束的波程相位差在区间内信号单调，就可以避免因增加阵元间距而信号混叠产生形成波束的方向图旁瓣恶化的问题。例如，设计阵列天线中相邻阵元间距为3/4波长时（当然也可以选择其它布阵间距），各阵元波束方向图的各向一致性得到改善。
反射地板的不对称性的优化。在四点均匀馈电方式中，天线振子上加载在四根同轴内导体上的信号之间的相位依次相差90度。但是当阵元处于地板反射面的非对称位置上时，可以通过适当调节四个馈电端口之间的相位差值，补偿地板不对称带来的阵元辐射方向图的影响，因此设计在四根同轴内导体与90度四相位耦合芯片6之间增加一段调试微带线用于调节四个馈电端口之间的相位差。
边界条件不对称的优化。无论采取什么布阵方式，都很难保证阵列天线的阵元的各个方向边界条件完全一致，因此，设计在阵列天线的四周添加带有匹配负载的边界补偿天线，从而平衡阵元水平各向的边界条件，各天线的方向图的一致性可以得到的改善。
边界条件不对称的优化。通过改善阵列天线中各阵元辐射方向图一致性，从而提升了阵列天线形成波束的性能，可靠性高。
如果以四阵元阵列天线为例，四阵元阵列天线由四个均匀分布的圆周天线组成，增加阵列天线阵元之间的布阵间距至3/4波长，同样在阵列天线的四周添加带有匹配负载的边界补偿天线，从而平衡阵元水平各向的边界条件，各天线的方向图的一致性可以得到的改善，参照图10、图11和图12。

Claims (4)

1.一种GNSS智能天线布阵优化方法，天线包括反射地板、安装在反射地板上的阵列天线，阵列天线包括馈电网络，馈电网络采用四点均匀同轴馈电方式，其特征在于从三个方面进行优化：阵元间互耦的补偿、反射地板的不对称性的补偿、边界条件不对称的补偿；阵元间互耦的补偿方法为：错开阵列天线中相邻阵元的谐振频率以及增加阵元间距；分别往高端和低端调节阵列天线中相邻的阵元的谐振频率，改善阵元间的耦合的影响；阵列天线的阵元上设置有调整微带天线辐射贴片外形的四面加载的短截线，以及调节同轴馈电点间相位差的调试位置；反射地板的不对称性的补偿为：调节阵列天线阵元馈电网络的馈电端口之间的相位关系和辐射贴片形状；边界条件不对称的补偿方式：在阵列天线四周添加带有匹配负载网络的边界补偿天线。
2.根据权利要求1所述的一种GNSS智能天线布阵优化方法，其特征在于：增加阵列天线的阵元之间的布阵间距，让阵元间平行波束的波程相位差在区间内信号单调。
3.根据权利要求1所述的一种GNSS智能天线布阵优化方法，其特征在于：在四点均匀同轴馈电方式中，在四根同轴内导体与90度四相位耦合芯片之间增加一段调试微带线用于调节四个馈电端口之间的相位差，补偿地板不对称带来的阵元辐射方向图的影响。
4.根据权利要求1所述的一种GNSS智能天线布阵优化方法，其特征在于：根据阵列天线中各阵元在地板上的相对位置，分别调整微带天线辐射贴片的四面加载的短截线的长度，优化阵元方向图的圆度。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113036454B (zh) * 2021-03-11 2021-12-24 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于天线哑元的mimo阵列天线波束优化装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103219595A (zh) * 2013-01-28 2013-07-24 零八一电子集团有限公司 在空间结构上具有自旋特性的圆极化天线阵
CN106096160A (zh) * 2016-06-17 2016-11-09 中国电子科技集团公司第十研究所 宽角扫描旋转圆极化微带阵列天线的轴比优化方法
CN107492712A (zh) * 2017-06-27 2017-12-19 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种用于二维非对称宽角扫描的低剖面双圆极化微带天线阵

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6437738B1 (en) * 2001-02-12 2002-08-20 Us Commerce Hexagonal-annulus phased array antenna for radar wind profiling on moving platforms
CN102110884B (zh) * 2010-12-30 2013-07-03 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 采用无源加载方式控制副瓣电平的有源相控阵天线
CN102938492A (zh) * 2012-11-13 2013-02-20 北京遥测技术研究所 立体布阵的小型化自适应卫星导航天线
CN103000996B (zh) * 2012-11-22 2015-03-11 北京航空航天大学 一种均匀圆阵测向天线接收互阻抗测试及互耦补偿系统
CN105703081A (zh) * 2016-01-13 2016-06-22 深圳华天信通科技有限公司 一种阵列天线装置
CN107038299B (zh) * 2017-04-10 2019-10-22 西安电子科技大学 一种考虑互耦效应的变形阵列天线远场方向图补偿方法
CN110059376B (zh) * 2019-04-01 2023-04-18 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种基于圆柱面共形阵列快速优化设计方法及系统
CN209981461U (zh) * 2019-08-13 2020-01-21 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种通信导航一体化集成天线

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103219595A (zh) * 2013-01-28 2013-07-24 零八一电子集团有限公司 在空间结构上具有自旋特性的圆极化天线阵
CN106096160A (zh) * 2016-06-17 2016-11-09 中国电子科技集团公司第十研究所 宽角扫描旋转圆极化微带阵列天线的轴比优化方法
CN107492712A (zh) * 2017-06-27 2017-12-19 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种用于二维非对称宽角扫描的低剖面双圆极化微带天线阵

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