CN116706542A - 一种液体相控阵天线及改变其波束指向的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种液体相控阵天线，其特征在于，包括：基板、软体外壳以及液体；所述液体被所述软体外壳包裹；所述基板与所述软体外壳紧相邻，并处于所述软体外壳的外围，通过本发明的方案，使得改变相控阵天线的波束指向在实现上更加简单，成本更低。

Description

一种液体相控阵天线及改变其波束指向的方法

技术领域

本申请涉及探测技术领域，特别涉及一种液体相控阵天线及改变其波束指向的方法。

背景技术

一般的雷达波束扫描是靠雷达天线的转动实现的，被称为机械扫描。而相控阵雷达是用电的方式控制雷达波束的指向变动来进行扫描发现目标的。这种方式被称为电扫描。相控阵雷达虽然不能像其他雷达那样靠旋转天线来使电磁板转动，一个方向，一个方向地进行搜索。但它自有自己的“绝招”，那就是使用“移相器”来实现电磁发射波瓣转动。

在相控阵雷达直径为几十米的圆形天线阵上，排列着上万个能发射电磁波的辐射器，每个辐射器配有一个“移相器”，每个“移相器”都由电子计算机控制。当雷达工作时，电子计算机就通过控制这些“移相器”，来改变每个辐射器向空中发射电磁波的“相位”，从而使电磁发射波瓣能像转动的天线一样，按照预定的设计改变每个辐射器的相位，从而改变远场发射方向，从而完成对空搜索使命。例如，美国装备的“铺路爪”相控阵预警雷达在固定不动的圆形天线阵上，排列着15360个能发射电磁波的辐射器和2000个不发射电磁波的辐射器。这15360个辐射器分成96组，与其他不发射电磁波的辐射器搭配起来。这样，每组由各自的发射机供给电能，也由各自的接收机来接收自己的回波。

相控阵雷达使用1个不动的天线阵面，就可以对120°扇面内的目标进行探测，使用3个天线阵面，就能实现360°无间断的目标探测和跟踪。“铺路爪”就有3个固定不动的大型天线面阵，可以对360°范围内的目标进行探测，探测距离达5000公里。当相控阵雷达警戒、搜索远距离目标时，虽然看不到天线转动，但上万个辐射器通过电子计算机控制集中向一个方向发射、偏转，即使是上万公里外来袭的洲际导弹和几万公里远的卫星，也逃不过它的“眼睛”。如果是对付较近的目标，这些辐射器又可以分工负责，有的搜索、有的跟踪、有的引导，同时工作。每个“移相器”可根据自己担负的任务，使电磁办在不同的方向上偏转，相当于无数个天线在转动，其速度之快，非一般天线所能相比。正是由于这种雷达天线摒弃了一般雷达天线的工作原理，利用“移相器”来实现电磁瓣的转动，人们给它起了个与众不同的名字——相控阵雷达，代表着“相位可以控制的天线阵”的含义。

相控阵天线是一种新型的电扫描天线，它的工作原理是通过阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变天线的波束指向，具有扫描方式灵活、性能可靠性高、抗干扰能力极强等特点。天线发射或接收电磁波的波束指向按某种方式进行有规律运动称为天线扫描，可以通过机械方式实现，也可以通过电子控制的方式实现。传统的机械扫描天线主要是利用机械方法控制伺服机械结构的转动旋转天线从而达到改变波束指向，受限于惯性大、机械转动频率低等缺点，很难满足现代通信技术的需要。有别于机械扫描天线，利用电子控制方法实现天线波束指向在空间转动或扫描的天线成为电扫描天线。相控阵天线主要通过利用阵列天线每个阵元或子阵中的衰减器和移相器控制馈电电流的相位和幅度，使阵列孔径形成新的等相位面，来改变波束指向。但是通过电子控制改变相位的方法，成本很高，所以亟需提供一种简捷，成本更低的方法来改变相控阵的波束指向。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种液体相控阵天线及改变其波束指向的方法，使得改变相控阵天线的波束指向在实现上更加简单，成本更低。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例第一方面提供了一种液体相控阵天线，其特征在于，包括：基板、软体外壳以及液体；所述液体被所述软体外壳包裹；所述基板与所述软体外壳紧相邻，并处于所述软体外壳的外围。

可选地，所述基板为压力材料，压电陶瓷，音圈马达，步进电机的任意一个。

可选地，所述基板通过振动改变所述液体形状以改变光在所述液体中的光程。

可选地，光通过不同液体光程后相位不同，不同相位的光改变所述相控阵天线的波束指向。

第二方面，本发明提出一种使用第一方面的相控阵天线改变所述天线波束指向的方法，其特征在于，所述基板通电振动后使得所述软体外壳变形进而改变所述液体的形状。

可选地，所述液体形状的改变引起光在所述液体中光程的改变。

可选地，光通过不同液体光程后相位不同，不同相位的光改变所述相控阵天线的波束指向。

本申请的有益效果是：

本申请实施例提供的一种液体相控阵天线，其特征在于，包括：基板、软体外壳以及液体；所述液体被所述软体外壳包裹；所述基板与所述软体外壳紧相邻，并处于所述软体外壳的外围，通过本发明的方案，使得改变相控阵天线的波束指向在实现上更加简单，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术提供的一种相控阵天线阵列示意图；

图2为本实施例提供的一种液体相控阵天线；

图3为本申请实施列提供的一种改变光程的示意图；

图4为本申请实施列提供的另一种改变光程的示意图；

图5为本申请实施列提供的一种改变相控阵天线波束指向的方法示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

图1为现有技术提供的一种相控阵天线阵列示意图；相控天线是从阵列天线发展起来的，主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描。相控阵天线阵面通常由几百个到几万个不等的通过相位进行控制的通道激励辐射单元构成。各种不同类型的移相器是相控天线网络实现馈相的关键器件，对它的要求是：移相的数值精确、性能稳定、便于控制等。完整的方向图是一个三维的空间图，它是以天线相位中心为球心，在半径足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成。测量场强振幅，就得到场强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化，就得到极化方向图；测量相位就得到相位方向图。在实际中，一般只需测得水平和垂直面，即图1中XY平面和XA平面的方向图即可。

图2为本实施例提供的一种液体相控阵天线，如图2所示实施例包括基板201及204，软体外壳202及203，液体205，其中基板201与基板204可以为压力材料，压电陶瓷，步进电极，音圈马达等，软体外壳202与软体外壳203可以为塑料薄膜，软包装袋等。在图2所示的实施例中通过基板201以及基板204来改变光在液体205中的光程，通过改变光程达到改变相位，进一步来改变天线的波束指向。当基板201，基板204通电后通过对软体外壳202，203的的震动使其变形来改变液体205的形状，使得光在液体中的光程得以变化。

图3为本申请实施列提供的一种改变光程的示意图；如图3所示的实施例中包括基板301及304，软体外壳302及303，液体305，其中301，304为与201，204相同的材料。从图3可以看出通过基板301，304将液体中的光程从L1改变到L2。根据光程与相位的关系，在L1的光程中，光的相位为

Φ₁＝2*π*L1/波长，在L2的光程中，光的相位为Φ₂＝2*π*L2/波长，由于光程的变化引起的相位差＝Φ₁-Φ₂＝2*π*L1/波长-2*π*L2/波长＝2*π*(L1-L2)/波长。从上述可以看出在液体相控阵天线中可以通过光程差的方法实现相位差的改变，进而实现液体相控阵天线的波束指向。通过液体两端的基板改变光在液体中的光程进而改变相控阵天线的波束指向，实现简单，成本低。

图4为本申请实施列提供的另一种改变光程的示意图；如图4所示的实施例中包括基板401及404，软体外壳402及403，液体405，其中401，404为与201，204相同的材料。从图4可以看出通过基板401，404将液体中的光程从L3改变到L4。根据光程与相位的关系，在L3的光程中，光的相位为

Φ₁＝2*π*L3/波长，在L4的光程中，光的相位为Φ₂＝2*π*L4/波长，由于光程的变化引起的相位差＝Φ₁-Φ₂＝2*π*L4/波长-2*π*L3/波长＝2*π*(L4-L3)/波长。从上述可以看出在液体相控阵天线中可以通过光程差的方法实现相位差的改变，进而实现液体相控阵天线的波束指向。通过液体两端的基板改变光在液体中的光程进而改变相控阵天线的波束指向，实现简单，成本低。

图5为本申请实施列提供的一种改变相控阵天线波束指向的方法示意图，如图5所示实施例中包括以下步骤：

S501：液体相控阵天线基板上通电；基本的材料可以是压力材料，压电陶瓷，音圈马达，或者步进电机等。

S502：基板振动挤压软体外壳变形；基板通电以后发生振动，该振动挤压软体外壳，使得软体外壳变形；

S503：软体外壳变形引起液体变形；软体外壳变形以后就会挤压液体发生变形；

S504：液体变形后光通过液体的光程发生变化；

S505：不同光程的光相位不同；光通过不同形状的液体经过的光程不同，根据光程与相位的关系，可以得到不同相位的光。

S506：不同相位的光改变相控阵天线的波束指向；不同相位的光形成新的等相位面，来改变波束的指向。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液体相控阵天线，其特征在于，包括：基板、软体外壳以及液体；所述液体被所述软体外壳包裹；所述基板与所述软体外壳紧相邻，并处于所述软体外壳的外围。

2.如权利要求1所述的液体相控阵天线，其特征在于，所述基板为压力材料，压电陶瓷，音圈马达，步进电机的任意一个。

3.如权利要求1所述的液体相控阵天线，其特征在于，所述基板通过振动改变所述液体形状以改变光在所述液体中的光程。

4.如权利要求1所述的液体相控阵天线，其特征在于，光通过不同液体光程后相位不同，不同相位的光改变所述相控阵天线的波束指向。

5.一种使用权利要求1的相控阵天线改变所述天线波束指向的方法，其特征在于，所述基板通电振动后使得所述软体外壳变形进而改变所述液体的形状。

6.如权利要求5所述的改变天线波束指向的方法，其特征在于，所述液体形状的改变引起光在所述液体中光程的改变。

7.如权利要求6所述的改变天线波束指向的方法，其特征在于，光通过不同液体光程后相位不同，所述不同相位的光，改变所述相控阵天线的波束指向。