基于滑動(dòng)口面的多波束天線陣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于滑動(dòng)口面的多波束天線陣。
【背景技術(shù)】
[0002] 多波束天線有三種主要的基本類型：反射面天線，相控陣天線和透鏡天線。應(yīng)用較 為廣泛的是反射面天線，多波束反射面天線由饋源（或者饋源陣）和反射面構(gòu)成，反射面可 以是拋物面，也可以是平面，它可以將不同形式的發(fā)散能量轉(zhuǎn)換為平面波，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)天線底 座或多饋源來(lái)獲得多波束；它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、設(shè)計(jì)成熟、反射損耗低等優(yōu)點(diǎn)；但同 時(shí)也有很多不足：波束差異性較大、覆蓋范圍窄、掃描慢、容易出現(xiàn)相互干擾和遮擋等問(wèn)題。 多波束相控陣由波束形成網(wǎng)絡(luò)和天線陣兩部分組成，通過(guò)調(diào)節(jié)天線陣各單元的激勵(lì)系數(shù)來(lái) 改變波束指向，可靈活控制波束數(shù)目和形狀，實(shí)現(xiàn)快速掃描和跟蹤。同時(shí)它具有相控陣的共 同劣勢(shì)：饋電網(wǎng)絡(luò)損耗大、收發(fā)組件復(fù)雜、頻帶窄、波束覆蓋范圍有限、成本高。多波束透鏡 天線通常應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域，如黎曼透鏡、龍格透鏡、菲涅爾透鏡等，它的工作原理類似于反 射面天線，不同的是透射天線的出射波和入射波位于透射陣面的異側(cè)，而反射面天線的出 射波和入射波位于反射陣面的同側(cè)。多波束透鏡天線可以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)一致性較好的掃描 波束，帶寬取決于饋源，可實(shí)現(xiàn)寬角度波束掃描且掃描角度隨頻率獨(dú)立，不存在饋源的遮擋 效應(yīng)；它的缺點(diǎn)是相對(duì)反射面天線設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，存在反射損耗，現(xiàn)有材料種類的稀少限制 了透鏡天線技術(shù)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于滑動(dòng)口面的多波 束天線陣，定義有效口面為對(duì)主波束指向起主要作用的天線陣的局部口面區(qū)域，單饋源照 射天線口面時(shí)，滑動(dòng)饋源，有效口面隨著饋源的滑動(dòng)在天線陣上滑動(dòng)，可以產(chǎn)生多個(gè)不同 指向的掃描波束；饋源陣照射天線口面時(shí)，每個(gè)饋源對(duì)應(yīng)的有效口面不同，可以同時(shí)產(chǎn)生多 波束；天線陣采用反射陣或者透射陣的形式，有效口面上每個(gè)單元的補(bǔ)償相位補(bǔ)償了饋源 照射到有效口面上不同單元時(shí)由于距離不同而產(chǎn)生的相位差，同時(shí)從而在天線口面上形成 特定的實(shí)際口面相位分布，獲得高增益掃描波束或高增益覆蓋波束；這樣，不同位置的饋源 照射天線陣時(shí)由天線陣的不同局部口面區(qū)域有效口面決定主波束特性；本發(fā)明通過(guò)犧牲口 面效率的方式，獲得了更多的口面設(shè)計(jì)自由度，可以實(shí)現(xiàn)寬角度波束掃描或大范圍波束覆 蓋。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] 基于滑動(dòng)口面的多波束天線陣，其特征在于，包括：
[0006] 天線陣1，為由若干個(gè)天線單元3構(gòu)成的一維直線陣列或一維曲線陣列或二維平 面陣列或二維曲面陣列；
[0007] 饋源陣2,為由若干個(gè)饋源4構(gòu)成的一維直線陣列或一維曲線陣列或二維平面陣 列或二維曲面陣列；
[0008] 其中，所述饋源4用于照射所述天線陣1，饋源4可以在饋源陣2所在的曲面上移 動(dòng)。在不同的饋源位置上所對(duì)應(yīng)天線陣1的照射區(qū)域不同，從而產(chǎn)生指向不同方向的波束。 當(dāng)同時(shí)采用多個(gè)饋源4構(gòu)成的陣列時(shí)，可以同時(shí)產(chǎn)生指向不同方向的波束。
[0009] 所述天線單元3為反射式單元或透射式單元，從而構(gòu)成反射陣或透射陣。
[0010] 所述若干個(gè)天線單元3提供多個(gè)不同的補(bǔ)償相位，入射波照射所述天線單元3時(shí)， 入射波和出射波位之間存在由所述天線單元3提供的補(bǔ)償相位差，當(dāng)所述天線單元3為反 射式單元時(shí)，入射波和出射波位于天線單元3的同側(cè)；當(dāng)所述天線單元3為透射式單元時(shí)， 入射波和出射波位于天線單元3的異側(cè)。
[0011] 所述饋源4具有特定形狀的方向圖，可以根據(jù)實(shí)際需求，選取方向圖滿足具體的 指標(biāo)要求的饋源。
[0012] 所述饋源陣2相對(duì)天線陣1沿不同方向滑動(dòng)，饋源陣2照射所述天線陣1時(shí)，組成 其的每個(gè)饋源4所對(duì)應(yīng)的有效口面在天線陣1的不同局部口面區(qū)，分別將每個(gè)饋源4照射 的非平面波轉(zhuǎn)換為平面波，同時(shí)產(chǎn)生不同指向的、一致性較好多個(gè)高增益覆蓋波束。
[0013] 所述單個(gè)饋源4照射所述天線陣1時(shí)，饋源4相對(duì)天線陣1沿不同方向滑動(dòng)，饋源 4所對(duì)應(yīng)的有效口面隨著滑動(dòng)方向在天線陣1上滑動(dòng)，饋源4在不同位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的有效口 面將照射的非平面波轉(zhuǎn)換為平面波，產(chǎn)生不同指向的、一致性較好的高增益掃描波束。
[0014] 當(dāng)所述天線單元3為反射式單元時(shí)，滑動(dòng)饋源4或者饋源陣2照射產(chǎn)生不同指向 的反射波束；當(dāng)所述天線單元3為透射式單元時(shí)，滑動(dòng)饋源4或者饋源陣2照射產(chǎn)生不同指 向的透射波束。
[0015] 所述天線陣1形狀為矩形、正方形、圓形或橢圓形。
[0016] 所述天線陣1的口面相位分布設(shè)計(jì)規(guī)則為：
[0017] 當(dāng)某個(gè)饋源照射天線陣1的部分邊緣區(qū)域時(shí)，形成的出射波束指向某個(gè)最大方 向；該饋源照射天線陣1的另一部分邊緣區(qū)域時(shí)，形成的出射波束指向另一個(gè)最大方向；中 間部分的饋源產(chǎn)生的波束在上述兩個(gè)最大方向之間。
[0018] 天線單元3的補(bǔ)償相位可以針對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)增益最大、或者副瓣 電平更低、或者其他的指標(biāo)要求，從而得到各種衍生的相位分布生成方法。
[0019] 本發(fā)明中，饋源陣2采用一維設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)單個(gè)饋源4沿一維線路移動(dòng)，對(duì)應(yīng)天線陣 1的照射區(qū)域不同，從而產(chǎn)生指向不同方向的波束。
[0020] 饋源陣2采用二維設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)單個(gè)饋源4沿一個(gè)方向移動(dòng)，對(duì)應(yīng)天線陣1的照射區(qū) 域不同，從而產(chǎn)生指向不同方向的波束；當(dāng)單個(gè)饋源4在另一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的天線陣 1的照射區(qū)域基本不變，此時(shí)在有限區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生指向不同方向的波束。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0022] (1)天線陣可以設(shè)計(jì)成平面結(jié)構(gòu)，利用平面印刷電路板工藝加工。利用平面印刷電 路板加工工藝制作的多波束透射天線陣，與光學(xué)領(lǐng)域的多波束透鏡天線相比，方便于制作 大口徑天線，并且成本低廉。
[0023] (2)單個(gè)饋源沿不同方向滑動(dòng)時(shí)，其所對(duì)應(yīng)有效口面也在隨之滑動(dòng)，產(chǎn)生一致性較 好的高增益掃描波束。
[0024] (3)饋源陣照射天線口面時(shí)，不同的饋源所對(duì)應(yīng)的有效口面不同，產(chǎn)生多個(gè)一致性 較好的高增益覆蓋波束。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1表示本發(fā)明的二維滑動(dòng)口面天線陣和二維饋源陣配置，其中包括：l(a)三維 視圖，1(b)頂視圖（XY面）。
[0026] 圖2表示圖1(b)中四個(gè)虛線小正方形所圈的饋源照射二維天線陣時(shí)，每個(gè)饋源所 對(duì)應(yīng)的有效口面變化情況。
[0027] 圖3(a)表示本發(fā)明的一維滑動(dòng)口面天線陣和一維饋源陣配置，圖3(b)表示一維 天線陣口面補(bǔ)償相位分布。
[0028] 圖4表示圖3(a)中三個(gè)虛線小圓圈所圈的饋源照射一維天線陣（以反射陣為例） 時(shí)，每個(gè)饋源所對(duì)應(yīng)的有效口面、每個(gè)饋源照射一維天線陣時(shí)產(chǎn)生的實(shí)際口面相位分布和 最大方向示意。
[0029] 圖5表示本發(fā)明的二維滑動(dòng)口面天線陣和X方向一維饋源陣配置，二維天線陣為 12型矩形陣列，圖5 (a)、5 (b)、5 (c)表示饋源沿X方向滑動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的有效口面滑動(dòng)情況。
[0030] 圖6表示本發(fā)明的二維滑動(dòng)口面天線陣和Y方向一維饋源陣配置，二維天線陣為 12型矩形陣列，圖6 (a)、6 (b)、6 (c)表示饋源沿Y方向滑動(dòng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的有效口面滑動(dòng)情況。
[0031] 圖7表示本發(fā)明的二維滑動(dòng)口面天線陣（以反射陣為例）和二維饋源陣的一個(gè)具 體實(shí)施例配置，其中包括：7 (a)三維視圖，7(b)頂視圖（XY面）。
[0032] 圖8為按圖7的結(jié)構(gòu)配置的二維滑動(dòng)口面天線陣的波束特性：圖8(a)為饋源陣8 中從饋源85到饋源86的Y方向一維饋源陣照射二維天線陣7時(shí)在YZ面內(nèi)得到歸一化二 維方向圖。圖8 (b)為饋源陣8中對(duì)角線上從饋源81到饋源84的一維饋源陣照射二維天 線陣7時(shí)在面內(nèi)得到歸一化二維方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0034] 圖1(a)表示本發(fā)明的二維的滑動(dòng)口面天線陣1和二維的饋源陣2配置，圖1(a) 中的圓圈代表天線單元3,五角星代表饋源4 ;天線陣1由若干個(gè)天線單元3構(gòu)成，饋源陣2 由若干個(gè)饋源4構(gòu)成并且距離天線陣1有一定的高度；天線陣1和饋源陣2可以是正方形、 矩形、圓形、橢圓形等各種形狀的平面二維陣列，也可以是各種形狀的曲面二維陣列。
[0035] 圖2表示圖I(b)中四個(gè)虛線小正方形所圈的饋源21、22、23、24照射二維天線陣1 時(shí)，每個(gè)饋源分別所對(duì)應(yīng)的有效口面11、12、13、14,此時(shí)其它單元上也會(huì)受到饋源的照射， 但是和有效口面內(nèi)單元相比它們接收到的信號(hào)功率較??；不同位置的饋源所對(duì)應(yīng)的有效口 面不同，分別對(duì)比圖2(a)和2(b)、圖2(c)和2(d)可知：饋源沿Y方向滑動(dòng)時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的 的有效口面沿Y方向在二維天線陣1上滑動(dòng)；分別對(duì)比圖2 (a)和2 (c)、圖2 (b)和2 (d)可 知：饋源沿X方向滑動(dòng)時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的有效口面沿X方向在二維天線陣1上滑動(dòng)。
[0036] 圖3 (a)表示本發(fā)明的一維滑動(dòng)口面天線陣5和一維饋源陣6配置，假設(shè)一維天線 陣5由41個(gè)可提供不同補(bǔ)償相位的天線單元3構(gòu)成；圖3 (b)為一維天線陣5的一種口面 補(bǔ)償相位分布，這里的口面補(bǔ)償相位分布只是一個(gè)示例，實(shí)際中可以根據(jù)具體的指標(biāo)要求， 利用多種不同的優(yōu)化算法，得到對(duì)應(yīng)的口面補(bǔ)償相位分布。
[0037] 圖4以反射陣為例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明圖3中一維滑動(dòng)口面天線陣的工作原理，圖 4(a)-4(f)表示圖3(a)中三個(gè)虛線小圓圈所圈的饋源25、26、27照射口面補(bǔ)