[發明專利]一種陣列天線結構及設計方法

有效

• 申請號: 201710127629.6
• 申請日: 2017-03-06
• 公開（公告）號: CN106911011B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 洪偉;徐俊;張慧
• 申請（專利權）人: 東南大學;南京隼眼電子科技有限公司
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/50;H01P5/12;H01P1/18
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

本發明提供一種陣列天線結構及設計方法，其中陣列天線結構，包含饋電網絡和輻射子陣，其中饋電網絡包括功率分配器和多個移相器，功率分配器為基片集成波導T型功率分配器，移相器為混合基片集成波導與微帶線的組合結構，T型功率分配器包括一個信號輸入端和并列設置的多個信號輸出端，在每個信號輸出端連接一個移相器，基片集成波導T型功率分配器輸出采用的基片集成波導的寬度與移相器輸入采用的基片集成波導寬度相等。使用本發明的陣列天線結構和方法，減少了饋電網本身的輻射，降低了陣列天線垂直面的副瓣電平，減小了因為加工精度對饋電網絡的影響而使天線性能惡化。同時，具有設計簡單、調節方便，可以提高工程技術人員的設計效率。

技術領域

本發明涉及電子領域，尤其涉及一種陣列天線結構及設計方法。

背景技術

隨著社會經濟水平的發展和人民生活水平的提高，汽車變得越來越普及，于此同時，頻發的道路交通事故迫使行車安全成為了一個廣泛關注的話題，作為汽車主動安全輔助駕駛系統關鍵部件的車載雷達成了學術界和工業界研究的熱點。天線作為無線電子設備中的關鍵性期間，其性能將決定這整個無線電子設備的性能。

基片集成波導(substrate integrated waveguide，SIW)是一種可以集成于介質基片中的新型導波結構，這種結構在介質基片中按一定間隔排列多個金屬化通孔成為波導光滑側壁的替代結構，從而與上下表面金屬圍成一個準封閉的導波結構，保持了金屬波導的低插損、高功率容量等特點。基片集成波導已經被成功的用于設計多種微波結構，如基片集成波導天線、濾波器、雙工器、功分器等。

微帶線是微波領域傳統的傳輸線結構，其具有的平面結構特點使其廣泛的應用于微波與毫米波電路。現代微波電路使用微帶線作為傳輸與連接結構。

陣列天線因其具有高增益、可波束賦形等優勢被應用于很多的場合，例如雷達、通信、導航等。陣列天線在雷達系統中得到了廣泛的應用，雷達系統采用的天線方案對雷達的整體作用以及整體性能指標有著重要的影響，雷達有多種分類方式，按照作用距離主要可以分為遠距雷達、中距雷達和近距雷達，由于電磁波在空氣中傳播的距離越遠，損耗越大，所以作用距離越遠的雷達需要越高的鏈路增益，通過不同的天線增益來獲得不同的鏈路增益對于雷達系統設計而言是最經濟有效的方法，一般為了保證雷達探測距離的要求，遠距雷達需要高增益的天線，中距雷達對于天線增益要求次之，近距雷達要求相對最低。大規模的陣列天線常常被用作高增益天線，而輻射單元及饋電網絡的設計是其中最重要的環節。串饋微帶天線因為結構簡單，容易組陣等優點在車載雷達系統得到廣泛的運用，已有設計和產品中常使用微帶線來設計饋電網絡，為了壓縮整個天線的尺寸，微帶T型結構的功率分配器常被用來作為饋電網絡，并結合串饋微帶陣列來實現大的平面陣列，進而實現高增益。

但是，完全使用傳統的微帶線結構的饋電網絡存在著一些缺陷。

第一，大面積的微帶饋電網自身存在電磁輻射。當需要設計高增益的天線時，陣元的數目會比較大，此時饋電網的面積會相應增加，在工作頻率比較高時，尤其是毫米波頻段，大面積的微帶饋電網絡自身存在著比較大的電磁場輻射，可以看成一個輻射源，饋電網絡本身的輻射將對陣列天線的方向圖產生較大影響，突出表現為天線方向圖饋電網絡一邊將產生較大的副瓣。

第二，微帶T型結構的饋電網絡駐波和相位很難分開調節，設計難度比較大。常用的微帶T型結構的饋電網絡在通路數比較多的情況下，調節相關參數時往往對駐波和各通道的相位均有影響，因此，調節時需要同時考慮駐波和相位的要求，大大增加了設計難度。

第三，對精度要求比較高。由于微帶線線寬較小，微帶線尺寸的細微改變也會導致阻抗匹配情況的惡化，因此想要達到相關設計指標，對于PCB加工的精度要求比較高。

總之，使用微帶結構的網絡來實現高增益天線時，饋電網絡本身的輻射將使得陣列天線的性能惡化，同時其設計的復雜性不利于提高工程人員的設計效率，而且較高的PCB精度要求有時候很難保證。

發明內容