CN1979946A

CN1979946A - 可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统

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Publication number: CN1979946A
Application number: CNA2005101259936A
Authority: CN
Inventors: 马冠一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-13

Abstract

本发明涉及雷达，通信以及导航定位的微带天线技术领域，特别是一种可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统。由安装在载体不同方位上的若干个微带天线单元(1)，接地板(2)，馈线(3)和信号合成－分配器(4)，从而进一步组成微带天线阵系统，其特点是：微带天线单元根据需要可以设计安放在天线载体的各个部位，即使天线载体是处于一个动态、旋转的状态，甚至其中某个或某几个天线单元被屏蔽物遮挡，无法接收信号，也可以通过此天线阵系统中的其它天线也可以接受从某个方向传来的信号。发射信号的机理与接收信号的机理相同。本发明不但可以可作为各种高频及微波系统接收天线使用，作为一个可逆过程，也可以作为发射天线使用。尤其适用于飞机，导弹，火箭等动态、旋转载体的小型化的卫星信号收发天线。

Description

可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统

【技术领域】

本发明涉及雷达，通信以及导航定位的微带天线技术领域，尤其适用于飞机，导弹，火箭等动态、信号被遮挡、旋转载体的小型化的卫星信号收发天线，是一种可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统。

【背景技术】

在各种各样雷达，通信以及导航定位系统中，单片微带介质天线以及介质平面板上形成的由单片微带天线单元组成的微带天线阵，已被广泛应用。可是这种单片微带介质天线阵在使用时，天线阵只是在一定方向上，或在宽场波瓣范围上增益比微带天线单元有所提高，可是至今为止未能根据需要实现可以设计安放在天线载体的各个部位，即使天线载体是处于一个动态、旋转的状态，甚至其中某个或某几个天线单元被屏蔽物遮挡，无法接收信号，也可以通过此天线阵系统中的其它天线也可以接受从某个方向传来的信号。可是至今在雷达，通信以及导航定位的微带天线技术领域，尤其适用于飞机、导弹和火箭等处于动态、信号被遮挡以及旋转载体的小型化的信号收发天线仍是一个未解决的问题。

本发明是一种可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统。可以较好地解决上述问题。

【发明内容】

为了实现可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统。，本发明提出一种可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统的方法。

本发明所采用的技术方案是：通过微带天线单元(1)，接地板(2)，馈线(3)和信号合成分配器(4)，组成微带天线阵系统。天线单元根据需要可以设计安放在天线载体的各个部位，即使天线载体是处于一个动态、旋转的状态，甚至其中某个或某几个天线单元被屏蔽物遮挡，无法接收信号，也可以通过此天线阵系统中的其它天线接受从某个方向传来的信号。

同样，对于发射天线阵来讲，即使天线载体是处于一个动态、旋转的状态，甚至其中某个或某几个天线单元被屏蔽物遮挡，无法向特定方向发射信号，也可以通过此天线阵系统中的其它天线向某个方向发射信号。

天线阵可以应载体的形状和收发性能的要求设计。包括天线阵的一部分被遮挡，一部分可以收发，并且两者也可以通过机械式或开关式自由切换。通过天线阵系统的整体布局，可以使天线阵场波瓣设计为任意角度。

此外，我们设计微带天线阵系统中的微带天线单元(1)，根据频率、频率带宽，增益和场波瓣角度，可以将其设计为微带各种形状的贴片天线、微带槽型天线、微带螺旋天线以及多层基板的各种微带天线单元。设计出的各个微带天线单元1的几何尺寸可以是相同的，也可以是不同的。

从本发明更广义的角度来讲，由微带天线单元1构成天线阵中的某个方向面体上可以包含一个以上相同或不同的微带天线单元，这样可以提高在这个方向上的天线增益、带宽和场波瓣角度。

为了提高整个接收机系统的灵敏度和增加各路信号的隔离度，对于接收用的微带天线阵系统中的各个微带天线单元(1)后可以连接附加低噪声放大器(5)，信号经过各个低噪声放大器放大，进入到信号分配-合成器(4)，进行信号合成。同样，为了提高整个发射机的效率，对于发射用的微带天线阵系统中的各个微带天线单元(1)后可以连接附加功率放大器(6)同时也相应地增加了各路信号的隔离度，发射机分配出来的信号，在各个功率放大器(6)进行放大后，经天线发射到空间。

根据具体电路和系统的要求，有时要求各路信号的合成-分配的时延尽可能一致，或尽可能小的信号相位差。在本发明的电路设计中各路线路结构尽可能对称一致，或设计出各路信号到达要求界面点时时延和相位一致。在本发明中，可以在各个分路内加入时延和相位为调整电路，来满足电路和系统的要求。

参照图1，图2，图3，图4，图5，这种微带天线阵各部分的符号说明如下：

(1).微带天线单元1

(2).接地反射板2

(3).馈线3

(4).信号合成-分配器4

(5).低噪声放大器5

(6).功率放大器6

(7).隔离器7

(8).导弹头部8

由于本发明是一种可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统，在军用和民用等多方面有广泛的应用价值。因此本发明具有以下优点：

a.适用于动态载体、例如旋转导弹、智能炮弹载体的信号收发天线系统。

b.适用于一部分天线单元的信号被遮挡，另一部分天线单元的信号可收发，必要时这两部分天线单元相互切换。例如飞行体体部下端或翅膀下的挂弹上的天线单元与机体上的天线单元的相互切换时，接收机能正常工作。

c.根据接收机的要求，天线载体上灵活地设置微带天线单元，各单元信号既具有较好的隔离度，又可以通过信号合成-分配器进行信号的分配与合成。

d.根据发射机的要求，天线载体上灵活地设置微带天线单元，各单元信号既具有较好的隔离度，又可以通过信号合成-分配器进行信号的分配。

e.特别适合各种情况下的卫星通信，卫星导航定位收发信机的应用。

【附图说明】

图1是本发明的微带天线阵系统示意图。

图2是天线阵的载体在转动状态的天线阵天线波瓣方向图的示意图。

图3是微带介质接收天线阵中的各个微带天线单元配合各个低噪声放大器放大，进行信号合成的示意图。

图4是微带介质发射天线阵中各个微带天线单元连接附加功率放大器9，经天线发射到空间示意图。

图5(a)是微带介质接收天线阵中的各个微带天线单元配合各个隔离器，进行信号合成的示意图，此隔离器主要是增加各个端之间的隔离度。

图5(b)是微带介质发射天线阵中的各个微带天线单元配合各个隔离器，进行信号功率分配的示意图，此隔离器主要也是增加各个端之间的隔离度。

图6是信号合成-分配器的基本单元的例子。图6(a)是1/4波长微带线构成信号合成-分配器的例子；图6(b)是集中参数器件构成信号合成-分配器的例子。

图7是将本发明用于旋转状态的智能炮弹弹头的4面天线阵和信号合成器，来接收卫星信号进行导航定位以及通信的示意装配图。

【具体实施方式】

本发明公开了一种涉及雷达，通信以及导航定位的微带天线技术领域，特别是一种可用于多方位收发信与动态载体的微带天线阵系统。由安装在载体不同方位上的若干个微带天线单元(1)，接地板(2)，馈线(3)和信号合成-分配器(4)，从而进一步组成微带天线阵系统，其特点是：微带天线单元根据需要可以设计安放在天线载体的各个部位，即使天线载体是处于一个动态、旋转的状态，甚至其中某个或某几个天线单元被屏蔽物遮挡，无法接收信号，也可以通过此天线阵系统中的其它天线也可以接受从某个方向传来的信号。发射信号的机理与接收信号的机理相同。本发明不但可以可作为各种高频及微波系统接收天线使用，作为一个可逆过程，也可以作为发射天线使用。尤其适用于飞机，导弹，火箭等动态、旋转载体的小型化的卫星信号收发天线。

请参阅图1，这是本发明，即多方位收信与动态载体的微带天线阵系统在旋转运动的导弹弹头上4个方位构成的例子。

该天线包括：微带天线单元(1)，接地反射面(2)和馈线(3)，从而进一步组成多面体微带天线阵，其特征是：多面体的微带介质板根据需要可以设计为与底面任意角度的任意多面体，来满足高增益和宽角度场波瓣的要求。

图2是本发明实施前后，天线方向图的示意图的例子。其中图2(a)本发明实施前，一个微带天线单元的天线方向图的例子。可以看出一个微带天线单元的天线方向图中的-3dB径向场波瓣只有120°左右，比较窄。图2(b)本发明实施后，四面椎体结构的微带天线阵的天线方向图的例子。可以看出天线阵的天线方向图中的场波瓣比一个微带天线单元的-3dB场波瓣要可以宽许多，达到360°左右。

这里以接收天线为例并参照图3，这种微带天线阵的微带天线单元1接收到的信号经过一段馈线3，送到各路低噪声放大器5放大，并将各微带天线单元1接收到的信号经信号器合成在一起。

这里以发射天线为例并参照图4，天线阵中各个微带天线单元1可以连接功率放大器6。发射机分配出来的信号，经功率分配器并在各个功率放大器6进行放大后，经天线发射到空间示意图。

除了图3和图4中加入放大器提高性能、增加各路隔离度以外，还可以用隔离器替代放大器增加各路隔离度。图5(a)是以接收天线为例在各个接收天线单元后加入隔离器的示意图。图5(b)以发射天线为例在各个发射天线单元后加入隔离器的示意图。

图6是信号合成-分配器的基本单元的例子。图6(a)是1/4波长微带线构成信号合成-分配器的例子；图6(b)是集中参数器件构成信号合成-分配器的例子。当然信号合成-分配器可以由其他很多方式来实现。

图7是将本发明用于旋转状态的智能炮弹弹头8的4面天线阵和信号合成器，来接收卫星信号进行导航定位以及通信的示意装配图。可以看出即使在弹头8旋转时，有的天线单元由于卫星信号被弹头金属遮挡，如正下方的天线单元，也可以通过上方天线来接收到卫星信号。

本发明可作为各种高频及微波系统收发天线使用。体积小，成本低，携带方便。尤其适用于小型化的雷达，卫星通信信号收发天线，尤其可用于各种卫星导航定位系统。

Claims

1.一种可用于多方位与动态载体的微带天线阵系统，该天线阵系统包括：微带天线单元(1)，接地板(2)，馈线(3)和信号合成-分配器(4)，从而进一步组成微带天线阵系统，其特征是：危殆天线单元根据需要可以设计安放在天线载体的各个部位，即使天线载体是处于一个动态、旋转的状态，甚至其中某个或某几个天线单元被屏蔽物遮挡，无法接收信号，也可以通过此天线阵系统中的其它天线接受从某个方向传来的信号。

2.根据权利要求1所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，其特征在于：由于天线阵系统对于接受和发射机能来讲是一个可逆过程，此系统可以是接收信号用的微带天线阵系统，也可以是发射信号用的微带天线阵系统。

3.根据权利要求1所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，其特征在于：微带天线阵系统中的微带天线单元(1)，可以是微带各种形状的贴片天线、微带槽型天线、微带螺旋天线的各种微带天线单元。

4.根据权利要求1，2或3所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，其特征在于：对于接收用的微带天线阵系统中的信号合成-分配器(4)其功能是起到几路信号合成作用，可以是各种类型的信号合成器。

5.根据权利要求1，2，3或4所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，特征在于：对于发射用的微带天线阵系统中的信号合成-分配器(4)其功能是起到几路信号分配作用，可以是各种类型的信号分配器。

6.根据权利要求1，2，3，4或5所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，特征在于：作为接收天线，这种天线阵经过一段馈线(3)和信号合成-分配器(4)将各微带天线单元(1)接收到的信号进行信号合成。对于接收用的微带天线阵系统，为了减小噪声系数，增加各路信号的隔离度，各个微带天线单元(1)后也可以直接附加低噪声放大器(5)，也可以在信号合成-分配器(4)内加入低噪声放大器放大(5)，进行信号合成。

7.根据权利要求1，2，3，4，5或6所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，特征在于：作为发射天线，这种天线阵经过信号合成-分配器(4)将发射机出来的信号经过一段馈线(3)，分配到各微带天线单元(1)发射出去。对于发射用的微带天线阵系统，信号合成-分配器(4)内信号输入端接功率放大器(6)进行放大，增加各路信号的隔离度，通过信号功率分配，经天线单元发射到空间。

8.根据权利要求1，2，3，4，5，6，或7所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，为了减小各路信号合成-分配后信号的相位偏差，尽量保持馈线电缆长度一致，信号合成-分配器内的各路信号相位偏差最小。并可以调整信号合成-分配器的部件，达到减小各路信号合成-分配后信号的相位偏差的目的。

9.根据权利要求1，2，3，4，5，6，7或8所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，特征在于：多方位与动态载体的微带天线阵中的微带介质天线单元的工作频率及频率范围可以是相同的，也可以是不同的。

10.根据权利要求1，2，3，4，5，6，7，8或9所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，特征在于：微带天线阵中的各个微带介质天线单元(1)的几何尺寸可以是相同的，也可以是不同的。

11.根据权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9或10所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，其特征在于：该微带天线阵系统是由两个或两个以上的微带天线单元(1)所组成。各个微带天线单元的安装在载体上时，可以是相对于载体形状进行对称设计安装，也可以为非对称设计安装。

12.根据权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，10或11所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，其特征在于：可以在微带天线单元后的各路信号合成-分配器(4)的内部及外部加入隔离器(7)。

13.根据权利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11或12所述的多方位与动态载体的微带天线阵系统，其特征在于：可以在微带天线单元后的各路信号合成-分配器(4)的内部及外部加入1级放大器甚至多级放大器。