[實(shí)用新型]非周期矩形陣列排布的二維相控陣天線

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022129135.1
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN213184579U
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王欣;趙玉國;陳超;汪波;劉華林;曾傳寶
• 申請（專利權(quán)）人: 零八一電子集團(tuán)有限公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/52;H01Q3/26;H01Q21/06
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本實(shí)用新型公開的一種非周期矩形陣列排布的二維相控陣天線，旨在提供一種能夠兼顧非周期陣列，降低設(shè)計(jì)難度的二維相控陣天線。本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：在xoy直角坐標(biāo)系中，從第一象限底面陣列內(nèi)層的矩形子陣以n≤3為項(xiàng)數(shù)，按等差數(shù)列進(jìn)行階梯層疊陣列向外均勻排布；層疊階梯的第一外層矩形子陣，子陣內(nèi)采用矩形柵格、單元間距d進(jìn)行陣列排布，并且每個(gè)矩形子陣以矩形角塊對角進(jìn)行首尾相接，形成邊緣不發(fā)生重疊的第一外層階梯子陣；第二外層階梯子陣的最外層以兩個(gè)矩形對角首尾相接矩形陣元進(jìn)行低階方塊無縫層疊，按照陣列中心沿直角方向不同階梯布陣；整個(gè)陣面的其他象限以第一象限鏡像對稱構(gòu)成大間距非周期矩形陣列平面陣天線。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及導(dǎo)航、通信等領(lǐng)域，非周期矩形陣列排布的二維相控陣天線，尤其是陣列單元間距在一個(gè)波長以上陣列排布的相控陣天線。

背景技術(shù)

由許多相同的單個(gè)天線(如對稱天線)按一定規(guī)律排列組成的天線系統(tǒng)，也稱天線陣。俗稱天線陣的獨(dú)立單元稱為陣元或天線單元。如果陣元排列在一直線或一平面上，則成為直線陣列或平面陣列。平面相控陣天線是指天線單元分布在平面上，天線波束在方位與仰角兩個(gè)方向上均可進(jìn)行相控掃描的陣列天線。由于平面陣多了一組控制方向圖的變量，更加靈活通用，可以實(shí)現(xiàn)對空間任一點(diǎn)的掃描，因此在雷達(dá)和通信領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。平面陣可劃分為行陣和列陣，二者出現(xiàn)柵瓣的條件均為“空間相位差-陣內(nèi)相位差＝±p2π”，p＝±1，±2，...。相控陣天線通常是由多個(gè)在平面或任意曲面上按一定規(guī)律布置的天線單元(輻射單元)和信號功率分配/相加網(wǎng)絡(luò)所組成。由一組離散輻射天線組成的相控陣天線排布的形式是多種多樣的，有線陣、面陣、共形陣等。在陣列天線中，單元間距一般取1/2波長，若單元間距過大會(huì)在方向圖中形成不必要的柵瓣，太小則會(huì)使陣列天線單元間的互耦變大，影響天線性能，同時(shí)會(huì)增加陣列天線的設(shè)計(jì)難度。相鄰單元間距不超過1/2波長的大型相控陣不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且造價(jià)高昂，嚴(yán)重地限制了相控陣天線的應(yīng)用。一個(gè)平面相控陣天線可以分解為多個(gè)子平面相控陣天線或者分解為多個(gè)線陣。平面相控陣天線中各天線單元可按矩形柵格形式排列，也可按照三角形柵格形式排列。由M×N個(gè)陣元組成的平面相控陣天線，沿 x方向的M個(gè)陣元以間距dx均勻排列，單元激勵(lì)電流的幅度為Im，步進(jìn)相位為αx；沿y 方向的N個(gè)陣元以間距dy均勻排列，激勵(lì)電流的幅度為In，步進(jìn)相位為αy，從而形成矩形柵格的平面陣。

眾所周知，陣列天線的帶寬取決于陣元形式、陣元間距、饋電電流的幅度及相位等因素。針對這個(gè)問題，為了使天線造價(jià)更低，從而增大天線單元間距(一般都大于一個(gè)波長)，相當(dāng)于減少單元數(shù)及相應(yīng)的T/R組件，且應(yīng)使相應(yīng)的相控陣列天線滿足所需輻射性能要求，這種陣列可以大大地減少單元數(shù)目，實(shí)現(xiàn)有限掃描，甚至還可以實(shí)現(xiàn)寬角掃描，但是所增大的單元間距超出了常規(guī)相控陣柵瓣出現(xiàn)的限定條件，這種相控陣列天線即便在不掃描的情況下其柵瓣的出現(xiàn)也是不可避免的，雖然適當(dāng)增加陣元間距有利于降低相控陣天線的成本，但是會(huì)帶來不期望的柵瓣。為改善有源相控陣費(fèi)效比，增大單元間距、減少有源通道數(shù)量是一種較好的設(shè)計(jì)方式。雖然間距越大，互耦越小，但是柵瓣越大，影響分辨率；間距越小，柵瓣越小，但互耦越大，影響設(shè)計(jì)。對于固定頻率，陣列天線陣元間距過大，會(huì)導(dǎo)致柵瓣形成，柵瓣占據(jù)天線輻射能量，影響天線增益和效率，減小波束的掃描范圍、降低準(zhǔn)確度，降低能量的利用率，減小波束的掃描距離。

陣列天線中的非周期結(jié)構(gòu)是指多個(gè)陣列單元在排布時(shí)相互之間的間距均不相同，利用非周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行布陣的方式有兩種：一種是單元級的非周期排布，即對陣列中的每個(gè)單元都進(jìn)行非周期的排布；另一種是子陣級的非周期排布。

相對于單元級非周期結(jié)構(gòu)排布，子陣級非周期結(jié)構(gòu)大大減小了陣面及其他部分的設(shè)計(jì)難度，并且減少了優(yōu)化量。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)即間距大于一個(gè)波長相控陣天線陣列方向圖柵瓣抑制難題，提供一種既能夠兼顧非周期陣列優(yōu)點(diǎn)，又能降低設(shè)計(jì)難度，具有柵瓣抑制能力和良好和差方向圖的非周期矩形陣列排布的二維相控陣天線。