[發明專利]天線陣列

有效

• 申請號: 201010505074.2
• 申請日: 2010-10-09
• 公開（公告）號: CN102447167A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 鄧維波;許榮慶;王敏男
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;熊須遠

技術領域

本發明總體上涉及天線領域，具體地涉及一種小型超方向寬零點高頻接收天線陣列，且使陣列的方向性系數在所設計的工作頻率范圍內基本不變。

背景技術

在高頻波段(3～30MHz)由于信號的波長較長，常規的陣列設計很難實現較窄的方向圖，特別是在垂直面方向。較寬的方向圖不但會影響雷達系統對信號的方位估計、陣列方向性系數等指標的降低，還會使系統的抗干擾能力下降。此外，在高頻波段，由于存在各類短波電臺、通訊信號、大氣噪聲、工業干擾、電離層雜波等，致使高頻波段的電磁環境非常復雜，選取合適的工作頻率，且滿足對干擾和雜波的抑制非常困難，特別是夜間，嚴重影響了雷達和通訊系統的正常工作。為使高頻波段的雷達和通訊系統可在復雜的電磁環境下，全天候的正常工作，要求其接收天線具有良好的方向性，且有可控的較寬的零點方位，以實現對信號較好的接收和對干擾及雜波更好的抑制。

采用常規的陣列方法實現這一目標，會導致接收陣列的復雜度和成本的急劇上升。

發明內容

為解決上述問題，本發明根據高頻波段外部噪聲占優(即雷達或通訊系統所接收到的外部噪聲遠高于接收機內部噪聲)的特點，提出了一種接收陣列設計新方法。

本發明提供了一種天線陣列，包括M個陣元，M個陣元之間的間距分別為d₁、d₂、......d_M-1，其特征在于，d_i＝d_M-i，d_i＝d_i+2，M＝2^N，其中，i為M個陣元之間的間距的序號，i＜M/2，N為正整數，以及其中，間距是由最小工作波長λ確定的，這樣的設計，可提高陣列的方向性系數，提高雷達系統的威力范圍，在整個應用頻段內，使得方向圖和方向性系數基本不變。其中，M個陣元之間的間距為等間距時，間距

其中，M個陣元之間的間距為不等間距時，間距2(d₁+…+d_M/2-1)+d_M/2≤λ，不等間距的設計與等間距的設計效果基本相同，可根據地理條件、方便程度等方面進行選擇。

其中，天線陣列工作在3～30MHz的高頻波段。

其中，天線陣列是端射陣列。

其中，在xyz直角坐標系中，利用以下公式選擇所需形成零點的角度及移項電纜的長度：或l_i＝-(d₁+...d_i)sinθ_i，其中，為xy平面上任意矢量與x軸的夾角，θ為xy平面上任意矢量與z軸的夾角。

其中，進一步包括：一個或多個移相電纜與一個或多個合成器，其中，M個陣元中每兩個陣元中的一個陣元經移相電纜連接至合成器，而另一陣元直接連接至合成器。

其中，進一步包括：多個合成器中每兩個合成器中的一個合成器經多個移相電纜中的一個移相電纜連接至多個合成器中更高級的合成器，而另一個合成器直接連接至更高級的合成器。

其中，由以下公式確定陣元的個數：

其中，η₀為要求的陣列效率。

其中，M＝4，M＝2^N。

與常規陣列設計方法相比，該方法不但可以得到更窄的水平面和垂直方向圖，以及較高的接收陣列的方向性系數，同時還可在水平和垂直方向的任意角度上，實現具有可控制的寬波束零點。該陣列可以較好的實現對干擾和雜波的抑制，提高系統的技術指標。此外，該陣列可以保持在所設計的工作頻率范圍方向圖及方向性系數基本不變。該陣列為端射陣，陣列可以單獨使用，也可用多個該陣列組成一個新的陣列。

附圖說明

為了全面理解本公開及其優點，現在結合附圖進行以下描述作為參考，其中：

圖1示出了在直角坐標系下的根據本發明實施例的端射陣列的具體布置；

圖2示出了根據本發明的示例性實施例的4陣元陣列的天線陣列的結構布置；

圖3示出了根據本發明的示例性實施例的天線陣列與傳統天線陣列在相同參數下的垂直方向圖的仿真比較，其中，示出了工作頻率為5、6、7、8、10MHz的天線陣列的垂直方向圖，以及其中，帶有n的標識符是常規(normal)方法設計的結果；以及