[發明專利]一種基于虛擬陣列的大規模陣列天線

在審

• 申請號: 202111484538.0
• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114204282A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 李斌;張金平;胡嘯;鄧曄;馬天野
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q1/38
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理有限公司 11457
• 代理人: 李硯明

本申請公開了一種基于虛擬陣列的大規模陣列天線，該陣列天線包括：發射線陣和接收線陣；發射線陣的通道數為12，發射線陣設置于陣列天線的左側，發射線陣由上下兩部分對稱通道組成，發射線陣的上下兩部分對稱通道為6列×2行的通道；接收線陣的通道數為16，接收線陣設置于陣列天線的右側，接收線陣由上下兩部分對稱通道組成，接收線陣的上下兩部分對稱通道為8列×2行的通道，其中，發射線陣中相鄰兩個通道之間的第一間距為接收線陣中相鄰的兩個通道之間的第二間距的四倍，發射線陣中的通道被配置為分時工作，接收線陣被配置為同時工作。通過本申請中的技術方案，解決了毫米波成像系統中陣列天線陣列規模較大、通道數眾多的問題。

技術領域

本申請涉及陣列天線的技術領域，具體而言，涉及一種基于虛擬陣列的大規模陣列天線。

背景技術

近幾年來，隨著固態微波器件和微波集成電路的快速發展，毫米波檢測和成像技術的應用需求日益迫切，特別是在汽車自動駕駛、機場車站安檢等領域。其中，工作頻率處于W波段的毫米波成像系統由于短波長和大帶寬等因素得到更多的應用。此類毫米波成像系統具有對待測目標高精度成像的能力。

而為了實現這個目的，這類系統需要具備很大的陣列孔徑，從而滿足系統所要求的窄波束。這會使得毫米波成像系統通道數眾多，陣列規模可達一萬個通道甚至更多，從而使得系統復雜度和成本均顯著提高，同時對器件集成度以及封裝工藝水平也有更高的要求。

發明內容

本申請的目的在于：解決毫米波成像系統中因陣列天線陣列規模較大、通道數眾多而導致的系統復雜、成本較高的問題。

本申請的技術方案是：提供了一種基于虛擬陣列的大規模陣列天線，該陣列天線適用于W波段毫米波成像系統，陣列天線包括：發射線陣和接收線陣；發射線陣的通道數為12，發射線陣設置于陣列天線的左側，發射線陣由上下兩部分對稱通道組成，發射線陣的上下兩部分對稱通道為6列×2行的通道；接收線陣的通道數為16，接收線陣設置于陣列天線的右側，接收線陣由上下兩部分對稱通道組成，接收線陣的上下兩部分對稱通道為8列×2行的通道，其中，發射線陣中相鄰兩個通道之間的第一間距為接收線陣中相鄰的兩個通道之間的第二間距的四倍，發射線陣中的通道被配置為分時工作，接收線陣被配置為同時工作。

上述任一項技術方案中，進一步地，發射線陣中相鄰兩個通道之間的第一間距為接收線陣中相鄰的兩個通道之間的第二間距的四倍，具體為：發射線陣中相鄰的兩個通道之間的第一間距為2λ₀；接收線陣中相鄰的兩個通道之間的第二間距為λ₀/2，其中，λ₀為中心頻率波長。

上述任一項技術方案中，進一步地，發射線陣和接收線陣的各個通道內均設置有多陣元串饋微帶貼片天線陣。

上述任一項技術方案中，進一步地，多陣元串饋微帶貼片天線陣的陣元數量為16個。

本申請的有益效果是：

本申請中的技術方案，引入虛擬陣列天線的概念，設定由6列×2行通道數的16陣元串饋微帶貼片天線陣組成發射線陣，由8列×2行通道數的16陣元串饋微帶貼片天線陣組成接收線陣，其中，發射線陣中相鄰兩個通道之間的第一間距為接收線陣中相鄰的兩個通道之間的第二間距的四倍，使得組成的陣列天線在顯著減少天線單元和陣列通道數的同時，保持同等指標的陣列方向圖。在虛擬陣列中，發射波束和接收波束是由收發分置的陣列單獨產生。陣列雙程方向圖可以表達為發射方向圖與接收方向圖的乘積。雙程方向圖中的柵瓣可以通過調整優化收發陣列孔徑來抑制。當發射波束的柵瓣與接收波束的零點調整到同一角度時，雙程方向圖的柵瓣即得到了抑制，反之亦然。

在本申請的優選實現方式中，利用有限的實體陣元(8列×2行的接收線陣)產生規模極大的虛擬陣列，可以在顯著減少天線單元和陣列通道數的同時保持同等指標的陣列方向圖。該陣列天線使得毫米波成像系統具有大的陣列孔徑、窄波束寬度和高分辨精度，同時系統的硬件規模和整機成本均能得到有效的控制。該陣列天線在毫米波高精度成像系統中具有重要應用價值。