[發明專利]波束掃描陣列天線

無效

• 申請號: 201010290037.4
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN102013559A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 孫保華;黃偉基;郭景麗;鄒艷林;劉其中
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q3/24;H01Q21/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于天線技術領域，特別是一種波束掃描陣列天線，可應用于無線通信系統的移動終端。

背景技術

隨著近幾年國內外的智能天線研究火熱，大多數的研究是針對基站用智能天線進行的。因為基站所用的智能天線安裝在移動通信的基站上，其體積受到的限制比較小，因而天線的一些機械參數，例如陣元個數，陣形安排，陣元間距及陣元尺寸等，都可以在較寬松的范圍內進行設計，較易使天線達到預期的性能指標。而移動終端用智能天線的設計則相對非常困難，比如一些移動終端的便攜性限制了其體積，也就同時限制了天線的許多機械參數，陣元個數不能過多，陣元間距不能過大，陣形也受到一定限制，這就同時限制了天線的增益，指向等性能。

國內外針對移動終端用智能天線所作的研究中，較突出的是日本ATR研究所研究的電激勵單端口天線ESPAR。該天線是通過電抗加載來控制方向圖主瓣指向的天線稱為電控無源陣列天線，主要由一個饋電輻射振子和圍繞其周圍的寄生振子組成，即為7單元λ/4單極子的六邊形陣，均勻分布在以中心振子為圓心，半徑為λ/4的圓周上并固定在有限尺寸的金屬地板上，通過改變加載在寄生振子末端的電抗值，包括電容和電感控制天線的輻射方向圖的主瓣指向，形成對準目標的波束和對準干擾的零點，實現波束掃描。參見“Seven-Element?Ground?Skirt?Monopole?ESPAR?Antenna?Design?From?a?Genetic?Algorithm?and?the?Finite?Element?Method，”IEEE?Trans.Antennas?Propag.，vol.51，no.4，pp.3033-3038，November?2003。這種天線由于實際加工比較復雜，并且各個振子的加載電抗值隨頻率的改變而改變，特別在頻率高端一些未知的狀況，例如電抗特性的跳變等會影響到天線的性能和波束掃描；此外，由于寄生振子的存在，使得位于中心的有源陣子阻抗失配且難以單純通過調整天線結構或尺寸獲得匹配。

申請號為：200580016384.5的切換多波束天線裝置，公開了在天線組件中使用公用反射器，通過開關控制周圍單極子的饋電，從而實現多波束掃描功能，然而這對于公用反射器的結構，尺寸提出了要求，增加了天線的加工難度及成本。又如申請號為：01801254.X的方向性切換裝置，公開了發射振子采用折疊型及寄生振子加載電抗元件的方式，盡管采用折疊型發射振子可以實現良好的阻抗匹配，但寄生振子仍需要加載電抗元件，這給天線的實際加工仍帶來一定的困難，并且由于頻率較高時電抗元件的不穩定性，將影響到天線的性能及波束的切換。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的不足，提供一種無需電抗元件加載，無需公用反射器的無源波束掃描陣列天線的組件，以簡化天線結構，降低加工成本，在不影響天線性能的前提下增強波束切換的可控性和穩定性。

本發明的設計思路是：以微帶形式的等功率分配饋電網絡為基本框架，將具有不同工作狀態組合的振子單元，等效電感加載及二極管開關控制電路結合在一起，利用二極管的開關特性，實現天線的波束切換。其整個波束掃描陣列天線包括：振子單元和介質板，介質板的一面設有微帶饋電網絡，另一面作為地板，其特征在于微帶饋電網絡采用十字交叉結構，饋電點位于十字交叉點，實現等功率分配饋電；每個饋電微帶線的一端固定一個振子單元；每個饋電微帶線的延長線上連接有控制電路，控制饋電微帶延長線與地板之間的通與斷。

所述的微帶饋電網絡的每一條微帶饋線的特性阻抗為70.7歐姆；微帶饋電網絡中的每一條微帶饋線長度Fl為四分之一波長，與微帶饋電延長線的長度Ll之比為8∶1，以保證天線結構的對稱性；

所述的天線振子單元為金屬圓柱單極子，高度為四分之一波長，與介質板垂直連接；控制電路由開關二極管，扼流電感，隔直電容組成，該開關二極管的正極經過隔直電容與微帶饋電延長線連接，同時與扼流電感相連，該開關二極管的負極與介質板背面的地板連接，該二極管導通時，饋電微帶延長線與介質板背面的地板連通，該二極管截止時，饋電微帶延長線與介質板背面的地板斷開；

所述的微帶饋電延長線與介質板背面地板相連接，微帶饋電延長線作為加載電感，等效為振子的長度延長，使振子成為反向器；固定在十字交叉形微帶饋線上的振子單元，以每兩個相鄰振子單元為一組，分別作為天線的主輻射體和寄生體，通過控制二極管開關的導通與截止改變振子單元的不同工作狀態，實現四個不同方向的寬波束掃描；

本發明與現有的無源波束掃描天線相比有以下優點：