[發明專利]一種低成本四維透射陣列天線的低副瓣掃描方法

有效

• 申請號: 202010099151.2
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111276823B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 楊仕文;彭瑩;陳益凱;屈世偉;胡俊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q21/06
• 分類號: H01Q21/06;H01Q21/00;H01Q19/06;H01Q15/02;H01Q13/02;H01Q3/44
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 張秀敏

本發明公開了一種低成本四維透射陣列天線的低副瓣掃描方法。本發明的創新點在于將四維天線理論與PIN二極管控制的2?bit可重構透射陣列天線技術相結合，利用具有2?bit相移的透射陣列單元代替了大量T/R組件，避免了復雜笨重的饋電結構，有效降低制造成本；通過給每個透射陣單元引入周期時間調制函數，拓展了每個單元的幅度及相位范圍，從而實現低副瓣掃描特性；低副瓣掃描方向圖綜合即時間調制函數的時序設計過程分兩個階段完成：首先根據凸優化綜合中心頻率方向圖，并利用一定的約束條件將四個相位導通持續時間縮減為一個變量；然后再將利用差分進化算法抑制邊帶電平。本發明可用于無線通信及雷達系統中。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，涉及到一種低成本四維透射陣列天線的低副瓣掃描方法，具體來說結合了四維天線理論與PIN二極管控制的2-bit可重構透射陣列天線技術，利用具有2-bit相移的透射陣單元代替了大量T/R組件，避免了復雜笨重的饋電結構。另外通過對透射陣單元的透射相移引入時間調制函數，實現透射陣列天線輻射波束的靈活調控與設計。

背景技術

隨著現代無線通信系統與雷達系統的不斷發展，各類應用對于天線性能與結構的要求越來越嚴格。低成本，低副瓣，高增益，靈活的波束賦形等優勢成為天線領域研究的重點。傳統相控陣雖然能實現波束掃描的效果，但其饋電網絡較為復雜笨重，且常規幅度相位加權很難高精度地滿足天線陣低副瓣的需求，其應用范圍大大受限。

透射陣列天線由透射陣面及饋源喇叭組成。其中，透射陣面一般為周期排布的透射單元組成的平面陣列。其工作原理為：饋源發射的電磁波沿不同路徑到達透射陣單元，通過合理設計透射陣單元的傳輸相移，可用以補償入射波路徑及波束指向所帶來的相位延遲，使出射波形成沿指定輻射方向的等相位平面波。與傳統相控陣相比，這種結構將輻射單元與移相單元結合，饋電結構大大簡化。但是，傳統透射陣面相位分布一旦確定就很難改變，這給透射陣列天線的波束掃描帶來了難題。常見的一種掃描方式是機械掃描，在保持饋源固定的情況下，通過旋轉或移動透射陣面實現。例如Eduardo B.Lima等人在“CircularPolarization Wide-Angle Beam Steering at Ka-Band by In-Plane Translation of aPlate Lens Antenna”中提出了一種在饋源上方平移透射陣面板得到波束掃描效果的方法。但這類方法或多或少局限于空間、掃描角度或結構復雜程度。另一種掃描方式在保持透射陣面及饋源固定的同時，在焦平面上設置一組饋源，通過切換不同饋電端口以實現掃描波束切換及多波束，如Laurent Dussop等人在“A V-Band Switched-Beam LinearlyPolarized Transmit-Array Antenna for Wireless Backhaul Applications”采用了這種方式，但其每個端口只對應一個固定波束，犧牲了輻射自由度。電子科技大學Peng-YuFeng等人在“Phased Transmitarray Antennas for 1-D Beam Scanning”一文中提出了利用相控陣作為饋源實現波束掃描的方法，但其只能一維掃描。“2-Bit ReconfigurableUnit-Cell and Electronically Steerable Transmitarray at Ka-Band”等文中利用可重構透射陣單元可以方便地調整透射陣面滿足不同的相位分布要求，但此類單元只有兩個或四個相位，其必會帶來掃描角度有誤差，副瓣抬高等問題。此外，每個透射陣單元接近的傳輸損耗并不利于實現理想的幅度加權。