CN114784504B - 一种提高天线阵列间隔离度的方法及天线阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高天线阵列间隔离度的方法，在接收天线阵与发射天线之间设置渐变式扼流槽；其中，渐变式扼流槽由不同高度的栅板形成，中间位置栅板高度高于靠近天线端的栅板高度，中心位置栅板高度为1/4波长高度。本发明提出的方法能够同时解决天线扫描波束视窗角与抑制高频散射电流，在不影响天线阵性能的情况下大幅度提升收发天线之间的隔离度。

Description

一种提高天线阵列间隔离度的方法及天线阵列
技术领域
本发明涉及天线设计领域，特别涉及一种提高天线阵列间隔离度的方法及天线阵列。
背景技术
对于常见的调频连续波雷达，收发同时工作，发射采用宽波束覆盖，接收采用数字波束形成实现瞬时宽空域覆盖。当发射阵和接收阵同时工作时，收发隔离度直接影响调频连续波雷达的探测性能。收发隔离度取决于收发天线阵之间的隔离度，如隔离度不足，则直接影响接收通道的噪声水平，甚至导致接收通道饱和，严重影响系统功能。在实际工程应用中，为实现小型化，模块化，高集成性，收发天线阵通常都安装同一载体上，典型布局见图1，结构紧凑，空间狭小，一方面电磁波通过空间耦合进入到接收天线，一方面散射电流通过安装面进入到接收通道。
受结构尺寸影响，提高隔离度的难度较大，目前通常采取两种方法：1.收发天线阵之间粘贴吸波材料，吸波材料在增加隔离度的同时会降低阵列增益，导致探测距离缩短。2.收发天线阵之间增加扼流槽，受空间尺寸和系统内部电子设备布局的影响，嵌入式扼流槽深度达不到有效深度，而向外延展的金属扼流槽也会影响系统的结构边界，并且会影响到接收天线阵边缘扫描波束的性能。2017年欧阳松在其学位论文“MIMO系统中提高天线隔离度的方法研究”中采用微带解耦技术提升收发天线的隔离度，但仅适用于共介质基板的两元微带天线的情况，且工作带宽较窄，对于安装在载体上的复杂宽带天线阵不再适用。2019年周旭在现代雷达发表的题为“高隔离度的连续波雷达收发天线系统”中采用金属挡板以及吸收虚元相结合的方法，有效的降低了收发天线之间的隔离度，但整体尺寸较大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种提高天线阵列间隔离度的方法及天线阵列，能够在不影响天线阵性能的情况下大幅度提升收发天线之间的隔离度。
本发明采用的技术方案如下：一种提高天线阵列间隔离度的方法，在接收天线阵与发射天线之间设置渐变式扼流槽；其中，渐变式扼流槽由不同高度的栅板形成，中间位置栅板高度高于靠近天线端的栅板高度，中心位置栅板高度为1/4波长高度。
进一步的，所述渐变式阶梯型扼流槽采用6段栅板组成。
进一步的，所述6段栅板高度依次为0.11λ、0.17λ、0.25λ、0.25λ、0.25λ、0.17λ，各栅板之间的间隔为0.47λ；其中，λ为中心频率波长。
进一步的，所述栅板为金属栅板。
本发明还提供了一种高隔离度的天线阵列，包括接收天线阵列与发射天线，收发正元相同，接收天线阵列与发射天线之间设渐变式扼流槽；所述渐变式扼流槽由不同高度的金属栅板形成，中心位置金属栅板高度高于靠近天线的金属栅板高度，中心位置金属栅板高度为1/4波长高度。
进一步的，所述渐变式阶梯型扼流槽采用6段金属栅板组成，各段金属栅板高度依次为0.11λ、0.17λ、0.25λ、0.25λ、0.25λ、0.17λ，各栅板之间的间隔为0.47λ；其中，λ为中心频率波长。
进一步的，所述天线阵列中收发阵元为微带双极化天线，工作频率为S波段。
进一步的，所述天线阵列由12元接收天线与1元发射天线组成。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：对比未处理的天线阵，仿真全频段水平极化隔离度最大改善13dB以上，垂直极化隔离度最大改善18dB，并且实测结果表明接收天线阵的扫描方向图几乎未受影响，能够大幅度改善收发天线之间隔离度。
附图说明
图1为现有技术中典型探测雷达天线布局。
图2为本发明提出的天线阵列示意图。
图3为本发明一实施例中的渐变式扼流槽示意图。
图4为本发明一实施例中改进前后水平极化隔离度对比示意图。
图5为本发明一实施例中改进前后垂直极化隔离度对比示意图。
图6为本发明一实施例中实测水平极化隔离度对比示意图。
图7为本发明一实施例中实测垂直极化隔离度对比示意图。
图8为本发明一实施例中的水平极化中心频率实测扫描方向图。
图9为本发明一实施例中的垂直极化中心频率实测扫描方向图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
实施例1
如图2所示，为了同时解决天线扫描波束视窗角与抑制高频散射电流，在不影响天线阵性能的情况下大幅度提升收发天线之间的隔离度，本实施例提出了一种提高天线阵列间隔离度的方法，在接收天线阵与发射天线之间设置渐变式扼流槽；其中，渐变式扼流槽由不同高度的栅板形成，中间位置栅板高度高于靠近天线端的栅板高度，中心位置栅板高度为1/4波长高度。
具体的，如图3所示，该渐变式阶梯型扼流槽采用6段栅板组成，6段栅板高度依次为0.11λ、0.17λ、0.25λ、0.25λ、0.25λ、0.17λ，各栅板之间的间隔为0.47λ；其中，λ为中心频率波长。
在一个优选实施方式中，所述栅板为采用金属制成。
距离最近收发单元隔离度改善情况仿真结果见图4、图5所示。fmin指工作频段的最低工作频率，fmax指工作频段的最高工作频率，f0指工作频段的中心频率，相对带宽为13％。可以看到，改进后的天线阵列在垂直极化和水平极化上的隔离度均明显好于改进前。
如图6、图7分别为实测情况下的水平极化隔离度与垂直极化隔离度对比示意图。图8、图9分别为水平极化和垂直极化对应中心频率实测扫描方向图。
经过仿真和实际测试，本实施例提出的方法通过靠近天线端采用低高度栅板，减少耦合对天线性能的影响，在中心位置采用1/4波长高度的栅板，此时扼流槽对内壁电流呈现很大的阻抗，致使散射电流迅速衰减，收发天线之间隔离度有大幅度改善，充分证明了本方法的有效性。
实施例2
本实施例提供了一种高隔离度的天线阵列，包括接收天线阵列与发射天线，收发正元相同，接收天线阵列与发射天线之间设渐变式扼流槽；所述渐变式扼流槽由不同高度的金属栅板形成，中心位置金属栅板高度高于靠近天线的金属栅板高度，中心位置金属栅板高度为1/4波长高度。
具体的，所述渐变式阶梯型扼流槽采用6段金属栅板组成，各段金属栅板高度依次为0.11λ、0.17λ、0.25λ、0.25λ、0.25λ、0.17λ，各栅板之间的间隔为0.47λ；其中，λ为中心频率波长。
在本实施例中，所述天线阵列中收发阵元为微带双极化天线，工作频率为S波段。所述天线阵列由12元接收天线与1元发射天线组成。
需要说明的是，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种提高天线阵列间隔离度的方法，其特征在于，在接收天线阵与发射天线之间设置渐变式阶梯型扼流槽；其中，渐变式阶梯型扼流槽由不同高度的栅板形成，中心位置栅板高度高于靠近天线端的栅板高度，中心位置栅板高度为1/4波长高度；
所述渐变式阶梯型扼流槽采用6段栅板组成；
所述6段栅板的高度依次为0.11λ、0.17λ、0.25λ、0.25λ、0.25λ、0.17λ，各栅板之间的间隔为0.47λ；其中，λ为中心频率波长。
2.根据权利要求1所述的提高天线阵列间隔离度的方法，其特征在于，所述栅板为金属栅板。
3.一种高隔离度的天线阵列，其特征在于，包括接收天线阵列与发射天线，收发正元相同，接收天线阵列与发射天线之间设渐变式阶梯型扼流槽；所述渐变式阶梯型扼流槽由不同高度的金属栅板形成，中心位置金属栅板高度高于靠近天线的金属栅板高度，中心位置金属栅板高度为1/4波长高度；所述渐变式阶梯型扼流槽采用6段金属栅板组成，各段金属栅板高度依次为0.11λ、0.17λ、0.25λ、0.25λ、0.25λ、0.17λ，各栅板之间的间隔为0.47λ；其中，λ为中心频率波长。
4.根据权利要求3所述的高隔离度的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列中收发阵元为微带双极化天线，工作频率为S波段。
5.根据权利要求4所述的高隔离度的天线阵列，其特征在于，所述天线阵列由12元接收天线与1元发射天线组成。
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