[實用新型]一種基于3D打印的方向圖可重構相控陣天線裝置

有效

• 申請號: 201822039843.9
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN209516023U
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 修威;裴瀛洲;楊光
• 申請（專利權）人: 北京神舟博遠科技有限公司
• 主分類號: H01Q21/29
• 分類號: H01Q21/29;H01Q19/06;H01Q15/08;H01Q1/38
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產權代理事務所(普通合伙) 11417
• 代理人: 李文軍

本實用新型公開了一種基于3D打印的方向圖可重構相控陣天線裝置，包括若干天線輻射單元，每個所述天線輻射單元包括一個龍伯透鏡和若干饋源，所述饋源緊貼在龍伯透鏡下方，所述天線輻射單元采用六角形陣進行排布，所述龍伯透鏡為填充式結構或者掏空式結構，所述龍伯透鏡采用3D打印制成。本實用新型通過采用上述結構，通過選擇不同位置的饋源來限定陣列合成后的波束指向范圍，然后通過每個龍伯透鏡下的TR組件進行幅相控制，從而達到在所選子空域內進行波束指向的精細化調整，大大減少了TR組件的使用，在保證相控陣性能的前提下有效降低其成本。

技術領域

本實用新型屬于相控陣天線技術領域，具體涉及一種基于3D打印的方向圖可重構相控陣天線裝置。

背景技術

相控陣天線是隨著雷達系統發展而誕生的產物。傳統平面相控陣天線是通過電控制陣元相位的方法來改變方向圖的波束指向，但研究表明這種傳統相控陣天線其掃描范圍僅僅局限在陣面法線-45°～+45°，即便是經過優化改造后也不過-60°～+60°。狹小的掃描范圍和昂貴的造價極大程度地限制了相控陣的應用領域和發展空間，因此價格低廉并具有大角度掃描能力的相控陣天線越來越受到人們重視，成為天線領域一個重要的研究課題。此外，相控陣所具備的性能不論在雷達還是通信領域都具有絕對優勢，但由于其高昂的成本，一般只用于軍工產品，在民用領域還少有使用，所以如何在保證其性能的前提下降低成本也是近年來大家所關注的重點。

文獻“A Dual-Band Wide-Angle Scanning Phased Array Antenna in K/KaBands for Satellite-on-the-Move Applications”(發表期刊：2017 11th EuropeanConference on Antennas and Propagation；發表日期：2017年3月；作者：Kamil YavuzKapusuz, Aydin Civi,Alexander G.Yarovoy)介紹了一種雙頻相控陣天線，其掃描原理就是傳統相控陣的控制方式，每個單元都有獨立的TR來進行控制。文中表示其掃描范圍達-60°～+60°，旁瓣保持在-10dB以下。其優勢主要在雙頻工作，但其缺點便是做成實物所需投入的成本，由于TR的數量太高，所以成本也會很高。除文獻中提到的天線外，有很多其他形式的相控陣，不同之處多在于輻射天線的形式不同，而天線后面的TR不會減少，所以存在高成本的問題。

文獻“多波束透鏡天線理論與應用技術研究”(2009年博士論文；發表日期：2009年；作者：黃明)第二章詳細說明了龍伯透鏡天線的基本原理及實現方法，在第五章展示了該天線的掃描特性，最大可實現-90°～+90°以上的波束覆蓋，并且保證增益及旁瓣的穩定，最后制作了用于衛星通信的龍伯透鏡天線。但受限于當年的生產加工工藝，這種天線的尺寸很難做小，而且工藝穩定性較差，成品率低。近幾年隨著新工藝的發展，給這種天線提供了新的發展空間，本實用新型將在下文詳細說明。

文獻“基于方向圖可重構技術的相控陣大角度掃描特性研究”(2009年博士論文；發表日期：2009年；作者：丁霄)將方向圖可重構技術引入相控陣設計中，實現了相控陣的大角度波束覆蓋。其具體實施方式如下：首先構建了第三章所述的方向圖可重構單元，該單元有三種工作狀態，理想狀態三種狀態下單元的輻射波數指向分別為0°和±45°，并且通過控制饋電網絡中的PIN二極管來進行選擇不同的工作方式；然后將該單元進行陣列排布，文中第四章設計了 1*4的線陣，并根據單元的輻射情況將掃描空域劃分為-75°～-25°，-20°～+20°以及+25°～+75°三個區間，在不同的空域掃描時選用對應的單元工作狀態，這樣便實現了波束的大角度覆蓋。同傳統相控陣一樣，控制這樣的天線仍然需要相應數量的TR組件，而且可重構單元的工作狀態有限，很難再劃分更多的區域，此外，設計二維方向圖可重構的天線單元也較為復雜。

所以，如何實現二維大角度的波束覆蓋，并且能夠在工程上用相對低的成本實現，是接下來相控陣的發展方向和趨勢，同樣這也是相控陣天線研究領域中一個機遇和挑戰并存的課題。

實用新型內容