[實用新型]天線單元、陣列天線及相控陣雷達

有效

• 申請號: 201721277122.0
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN207743386U
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 朱華彬
• 申請（專利權）人: 蘇州美柯醫療科技有限公司
• 主分類號: H01Q1/52
• 分類號: H01Q1/52
• 代理公司: 杭州凱知專利代理事務所(普通合伙) 33267
• 代理人: 邵志

本申請公開了一種天線單元以及配置這種天線單元的陣列天線，所述天線單元中連接有能夠主動消耗吸收該天線單元中射頻功率、以降低該天線單元的Q值的主動損耗性電阻。優選地，還包括與所述主動損耗性電阻導熱連接、以對所述主動損耗性電阻作降溫處理的低溫設備。本申請可有效降低陣列天線各天線單元間的耦合。

技術領域

本申請設于陣列天線技術領域，具體涉及一種天線單元以及配置有這種天線單元的陣列天線，適用于相控陣天線、相控陣雷達及磁共振射頻陣列線圈等領域。

背景技術

天線是接收和輻射空間電磁波的一種必要的能量轉化裝置，是電路與空間電磁波能量的界面器件，在現代通信中的應用非常廣泛。在一般情況下，由單個天線就可以完成發射和接收電磁波的任務。但隨著需求不斷發展，在很多應用場合中，往往必須借助多個天線，使其按照一定的規律排列并且最終連接在一起構成天線陣列，見圖1，每個單個的天線即為一個天線單元。陣列天線可以被定義為：一類由不少于兩個天線單元規則或隨機排列并通過適當調整每個單元的功率幅度和相位以獲得預定特性的天線組合。決定陣列天線特性的主要參數有五個：即單元個數、單元位置、單元本身的輻射特性、每個單元的幅度加權和相位加權。

在最初的陣列天線研究工作中，人們往往假定天線單元都是在理想的狀態下，各自孤立、相互之間不干擾的工作，然而在實際的天線陣系統中，如圖1所示，天線單元間能量的相互耦合是一種不可避免的現象，特別是當單元間距離比較近的時候，各單元之間的相互耦合都已經很強了，各單元之間通過各自輻射或接收的電磁場相互作用，發生了電磁耦合效應，致使各單元的幅度及相位發生很大的變化，影響了各天線單元的幅相特性和反射系數，并最終影響了天線陣列的總體性能，比如發射時候的增益減小，接收時候信噪比的降低。因此， 如何降低天線陣列單元間的互耦一直是天線設計領域中的熱點和難點問題。鑒于耦合帶來的不良影響，研究人員在硬件上設計了各種減小耦合的方法和電路，比如電磁帶隙、缺陷地、短路柱等等，以及可以利用低耗或無耗的高Q電抗元件來設計一系列的去耦網絡。但無論何種方法，總有其局限性和優缺點，并沒有完全通用的完美去耦方法。

以往工程研究人員在硬件提出天線單元間的去耦方案，往往基于天線單元輻射電磁場的分析方法和結果。本發明基于天線等效電路的分析方法，提出了一種新的單元間去耦方法及改善方案。

無論何種天線結構，在電路上均可以等效為一個諧振回路和一個匹配電路網絡的組成。天線單元的原理可等效為電路如圖2所示，包括諧振回路和匹配網絡。其中X₁和X₂是等效的電抗元件(電感或電容)；R_Radiation是天線的等效輻射電阻，R_Conductor是天線導體本身的損耗電阻；另外還需要一個匹配網絡，將X₂端口的天線阻抗Z_Antenna變換為傳輸線匹配(特征)阻抗Z_Match，以滿足接收時前置低噪聲放大器的噪聲匹配或者發射時候的功率傳輸匹配。

需要指出的是，圖2中的R_Radiation和R_Conductor并不是加在天線上的實體電阻，而是在電路分析時為了更直觀簡單的原因，而添加到等效電路中的。傳統上，在天線設計的時候，為了盡可能提高發射時候的效率或者接收時候的信噪比，R_Radiation和R_Conductor，特別是R_Conductor的影響需要盡可能的避免和減少，一般都采用高導電率的良導體。此外X₁一般為電感(以下用電感符號L_Antenna表示)，X₂位于天線的饋入端，一般為電容(以下用電容符號C_P表示)。還有，每個天線都需要加入一個激勵源或終端負載，用Terminator表示，為終端阻抗，一般為匹配的特性阻抗(此處采用一個比較常用特性阻抗值50ohm來表示，因此圖2可再 次等效為圖3。