[發明專利]一種基于壓縮寬波束天線獲得的窄波束天線及設計方法

有效

• 申請號: 201810053488.2
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108511910B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 吳日恒;宋宜斌
• 申請（專利權）人: 煙臺大學文經學院
• 主分類號: H01Q3/28
• 分類號: H01Q3/28;H01Q3/30;H01Q1/50;H01Q23/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉芳;仇蕾安

本發明提供一種基于壓縮寬波束天線獲得的窄波束天線及設計方法，該波束天線包括角度發生器、移相網絡、幅度加權矩陣網絡及饋源，其中相鄰兩個角度發生器之間通過移相網絡相連，每一角度發生器通過與其一一對應的幅度加權矩陣網絡和所述饋源相連；使得角度發生器輸出的角度θ，經幅度加權矩陣網絡后得到的角度為其中a為設置的控制參數。本發明通過在每一角度發生器與饋源之間設置幅度加權矩陣網絡，可以隨意靈活配置的實現從寬波束天線壓縮為窄波束天線；本發明既不增加天線有效孔徑長度，也不改變射頻發射機波長。

技術領域

本發明涉及一種基于壓縮寬波束天線獲得的窄波束天線及設計方法，屬于雷達通信技術領域。

背景技術

在通信、雷達等應用中，天線的性能指標對系統性能指標往往有著決定性的影響，在實波束雷達、合成孔徑雷達等超分辨成像應用中，天線的波束越窄，對目標的成像分辨能力越強。但是天線波束越窄，設計難度也越高，窄波束天線設計不僅受制于材料、設計、工藝、成本、尺寸、重量等約束，而且還受到天線安裝位置、安裝空間有限等因素的限制，很難進一步改善天線波束寬度，比如在防撞雷達中廣泛使用的實波束天線，一般是機械掃描天線，天線的角度超分辨力取決于天線口徑和波長，這兩個指標確定以后，天線的波束寬度就確定下來。為了獲得窄波束天線的優異性能，目前廣泛采用的方法是把幅度和相位特征完全相同的兩兩為一組的寬波束天線排成陣列組合方式，通過陣列天線流型特征，獲得較窄的指向性，從而使陣列天線具備超分辨能力，比如在二維DOA估計中廣泛使用的“L形”均勻線陣、均勻面陣，一些子空間類超分辨算法，像MUSIC，ESPRIT等可以獲得遠場點源的超分辨角度信息，在MIMO毫米波雷達中，也是通過多個收發天線獲得較窄回波信號，一些波束賦形類方法被使用，實現對目標超分辨測向。另一方面，在實波束船舶避障雷達中，一般只能安裝一個波束相對較寬的機械掃描天線，無法通過陣列組合方式獲得窄波束回波信號，所以不能實現對目標超分辨。如何壓縮寬波束天線成為窄波束天線是一個非常有意義的課題。

陣列天線廣泛用于雷達、通信和定位有關的應用中，比如MIMO毫米波雷達，廣泛用于汽車(無人駕駛汽車)安全領域，實現對周圍目標高精度測角，這種陣列天線使用多個接收天線，使用波束成形技術獲得目標的角度信息，角度分辨能力取決于接收單元個數，個數越多，尺寸越大，成本越高，可維護性越差，計算實時性越復雜。在被動2D-DOA估計領域，多個接收天線按照一定的幾何關系排列，構成一定的陣列構型，實現對遠距離輻射源回波信號接收和處理，利用天線陣列流型獲得信號子空間，再通過超分辨算法，實現目標超分辨測向，陣列天線能夠實現超分辨測向，付出的代價是使用多個寬波束接收單元，導致系統復雜度、成本等大幅攀升。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提出一種基于壓縮寬波束天線獲得的窄波束天線及設計方法，在不需要布置大規模天線陣列條件下，通過在空間域壓縮寬波束天線從而獲得窄波束天線。

實現本發明的技術方案如下：

一種基于壓縮寬波束天線獲得的窄波束天線，包括角度發生器、移相網絡、幅度加權矩陣網絡及饋源，其中相鄰兩個角度發生器之間通過移相網絡相連，每一角度發生器通過與其一一對應的幅度加權矩陣網絡和所述饋源相連；使得角度發生器輸出的角度θ，經幅度加權矩陣網絡后得到的角度為其中a為設置的控制參數。

進一步地，本發明所述幅度加權矩陣網絡由相互并聯的n條支路及加法器構成，其中第一條支路上依次設有平方生器和兩個乘法器，第二條支路上依次設有四次方發生器和兩個乘法器…第n條支路上設有2n次方發生器和兩個乘法器，n條支路的輸出共同連接到加法器。

一種基于壓縮寬波束天線獲得的窄波束天線設計方法，具體過程為：

在每一角度發生器與饋源之間設置幅度加權矩陣網絡，所述幅度加權矩陣網絡由相互并聯的n條支路及加法器構成，其中第一條支路上依次設有平方發生器和兩個乘法器，第二條支路上依次設有四次方發生器和兩個乘法器…第n條支路上設有2n次方發生器和兩個乘法器，n條支路的輸出共同連接到加法器；