[發(fā)明專利]一種俯仰面波束上翹的高增益全向天線及實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210242891.6
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114628897B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙志強(qiáng);孫全國;張登材;周勁波;王泓然
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所
• 主分類號: H01Q1/50
• 分類號: H01Q1/50;H01Q1/52;H01Q3/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 孫元偉

本發(fā)明公開了一種俯仰面波束上翹的高增益全向天線及實(shí)現(xiàn)方法，屬于波束賦形的全向天線領(lǐng)域，包括連接器、饋電線、頂部加載單元和至少兩個(gè)輻射單元，電磁波信號經(jīng)所述連接器饋入形成饋電信號，饋電信號在所述兩個(gè)輻射單元之間通過饋電線傳輸產(chǎn)生一定的相位差，從而導(dǎo)致兩個(gè)輻射單元分別產(chǎn)生的方向圖在俯仰面上疊加，形成波束上翹的效應(yīng)。本發(fā)明解決了高增益全向天線設(shè)計(jì)中存在的俯仰面波束指向固化不可調(diào)整的問題，達(dá)到了全向天線俯仰面波束賦形的效果，同時(shí)減小地面雜波、建筑物等對天線波束造成的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及波束賦形的全向天線領(lǐng)域，更為具體的，涉及一種俯仰面波束上翹的高增益全向天線及實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

全向天線具有方位面波束等化、重量輕、輻射特性好等優(yōu)點(diǎn)，目前在通信、電子戰(zhàn)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。這種天線通常安裝于某個(gè)平臺(tái)頂部，但地面建筑物對天線的方向圖會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，故系統(tǒng)要求天線的俯仰面波束具有上翹的特性以減小環(huán)境對波束的影響?，F(xiàn)有文獻(xiàn)資料中，俯仰面波束上翹(歸屬于波束賦形)的技術(shù)多應(yīng)用于大型天線陣面或者反射面天線中，但有關(guān)俯仰面波束上翹的全向天線還未見報(bào)道。

為了解決波束賦形的問題，目前的技術(shù)手段主要有以下幾種，但都用于陣列天線或定向天線的波束賦形應(yīng)用中：

在大型陣列中，通常采用遺傳優(yōu)化算法，如圖1所示，對陣列中單元的幅度、相位進(jìn)行加權(quán)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使陣列天線的方向圖在指定角度內(nèi)能夠與預(yù)定的波束形狀進(jìn)行最大程度的吻合，副瓣電平得到較好的控制，同時(shí)設(shè)置一定的優(yōu)化邊界，使不同陣元間的幅度差不要太大,控制在合理的范圍內(nèi)，以便于工程實(shí)現(xiàn)(參見文獻(xiàn)方法1：一種余割平方波束賦形的印制陣列天線設(shè)計(jì).李運(yùn)志等.微波學(xué)報(bào).2018,27(7)：239～241)；

在大型陣列中，為了使陣列的效率不至于下降太多，僅對陣中各天線單元之間的相位差進(jìn)行優(yōu)化，如圖2所示，通過建立僅相位加權(quán)的波束賦形目標(biāo)模型，采用融合混沌搜索技術(shù)的改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化，獲得陣列天線各單元的饋電相位分布，在不改變各單元饋電幅度分布的前提下形成預(yù)定波束形狀，并達(dá)到低副瓣設(shè)計(jì)要求(參見文獻(xiàn)方法2：基于僅相位加權(quán)的寬零陷低副瓣波束賦形方法.周強(qiáng)鋒.現(xiàn)代防御技術(shù).2019,47(4)：59～63)；

在反射面天線設(shè)計(jì)中，采用非均勻有理B樣條(non-uniform?rational?B-splines，NURBS)技術(shù)對反射面進(jìn)行建模，如圖3所示，設(shè)定優(yōu)化過程中的目標(biāo)函數(shù)，在Nelder-Mead優(yōu)化算法的引導(dǎo)下，可以快速獲得NURBS控制點(diǎn)最優(yōu)的位置，從而獲得反射面的最優(yōu)形狀，達(dá)到波束賦形的目的(參見文獻(xiàn)方法3：均勻照射賦形反射面天線設(shè)計(jì).于新華等.電波科學(xué)學(xué)報(bào).2020,35(3)：358～363)。

綜上所述，現(xiàn)有的波束賦形技術(shù)都是針對大型陣列天線或者定向天線的，通過優(yōu)化陣列中不同單元天線的幅度相位分布、優(yōu)化陣列中不同單元的相位值或者優(yōu)化反射面天線的形狀以得到預(yù)期的波束形狀。上述方法可以解決大型陣面的波束賦形，但對于全向天線來說是不適用的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種俯仰面波束上翹的高增益全向天線及實(shí)現(xiàn)方法，解決了高增益全向天線設(shè)計(jì)中存在的俯仰面波束指向固化不可調(diào)整的問題，達(dá)到了全向天線俯仰面波束賦形的效果，同時(shí)減小地面雜波、建筑物等對天線波束造成的影響。

本發(fā)明的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：

一種俯仰面波束上翹的高增益全向天線，包括連接器、饋電線、頂部加載單元和至少兩個(gè)輻射單元，電磁波信號經(jīng)所述連接器饋入形成饋電信號，饋電信號在所述兩個(gè)輻射單元之間通過饋電線傳輸產(chǎn)生相位差，從而導(dǎo)致兩個(gè)輻射單元分別產(chǎn)生的方向圖在俯仰面上疊加，形成波束上翹的效應(yīng)；所述頂部加載單元，用于改善天線上的電流分布。

進(jìn)一步地，所述第一輻射單元、第二輻射單元均為全向輻射單元，所述頂部加載單元與第二輻射單元連接。