本發(fā)明涉及天線，特別涉及一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、相控陣天線具有靈活的波束形成和調(diào)控。由于波束指向調(diào)控天線具有很高的靈活性和精度以及抗干擾能力強、覆蓋范圍廣的特點，被廣泛的應(yīng)用于無線通信、衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)等領(lǐng)域。隨著天線技術(shù)不斷的更新迭代，波束指向調(diào)控天線往更加智能、高效、靈活的波束指向的方向發(fā)展，但與此同時，這一類型的天線陣列變得越來越大，占用很大的空間，以及給天線饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)尺寸也將變得更大、結(jié)構(gòu)更加復雜、整個饋電網(wǎng)絡(luò)也存在寄生輻射的問題。

2、因此，亟需提供一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，設(shè)計一種緊湊型的、抑制饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射對天線波束影響的天線。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，能夠?qū)崿F(xiàn)天線緊湊化且能抑制饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射對天線波束影響。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明提供一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，該方法包括：

4、步驟1.根據(jù)目標天線工作頻率f、波束指向、波束寬度b、方向圖的指標要求，確定構(gòu)成所述天線需要的陣元個數(shù)n、陣元間距d、n個陣元的激勵幅度比（i1,i2,…,in-1,in）和相鄰陣元的相位差φ；

5、步驟2.建立鏟狀貼片饋電超表面天線單元作為陣元；

6、步驟3.將n個所述陣元按照陣元間距d建立天線線陣；

7、步驟4.將所述n個陣元的激勵幅度比和相鄰陣元的相位差作為饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出指標，建立一分n饋電網(wǎng)絡(luò)；

8、步驟5.將所述一分n饋電網(wǎng)絡(luò)與天線線陣連接組成波束指向調(diào)控天線。

9、可選的，步驟1中，根據(jù)天線工作頻率f和所需波束指向，計算陣元間距d，公式為：

10、；

11、；

12、式中，c為光速；

13、相鄰陣元相位差的計算公式為：

14、；

15、式中，φ為相鄰陣元相位差；

16、根據(jù)天線波束寬度b要求，確定所需陣元數(shù)量n：

17、取整加1；

18、根據(jù)天線方向圖要求，確定n個天線陣元激勵幅度比；

19、；

20、式中，d表示天線方向圖，in為陣元的激勵幅度比，j為虛數(shù)符號，θ為角度。

21、可選的，步驟2中，鏟狀貼片饋電超表面天線包括：微帶貼片天線金屬地、第一介質(zhì)基板、鏟狀輻射金屬貼片、第二介質(zhì)基板和金屬超表面；且所述金屬超表面由k×k個矩形貼片按照矩形柵格排列組成，k取值為整數(shù)。

22、可選的，步驟3中，根據(jù)第一介質(zhì)基板、第二介質(zhì)基板的參數(shù)（介質(zhì)基板厚度、介電常數(shù)、損耗角正切），天線陣元間距，確定所述鏟狀輻射金屬貼片的初始尺寸，鏟狀貼片初始寬邊設(shè)為0.75d，窄邊設(shè)為0.5d；確定所述矩形金屬超表面數(shù)量k和超表面矩形貼片尺寸，通常k取3或者4，k×k矩形超表面尺寸小于d×d。

23、可選的，步驟4中，建立的所述一分n饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一饋電網(wǎng)絡(luò)和第二饋電網(wǎng)絡(luò)，其中：

24、所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)包括從下往上依次設(shè)置的：第一饋電網(wǎng)絡(luò)第一金屬地、第三介質(zhì)基板、第一饋電網(wǎng)絡(luò)金屬圖案、第四介質(zhì)基板和第一饋電網(wǎng)絡(luò)第二金屬地；

25、所述第二饋電網(wǎng)絡(luò)包括從下往上依次設(shè)置的：第二饋電網(wǎng)絡(luò)第一金屬地、第五介質(zhì)基板、第二饋電網(wǎng)絡(luò)金屬圖案、第六介質(zhì)基板和第二饋電網(wǎng)絡(luò)第二金屬地。

26、可選的，所述第一饋電網(wǎng)絡(luò)和第二饋電網(wǎng)絡(luò)均由一分二功分器按照樹型拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)成，第一饋電網(wǎng)絡(luò)包括一個輸入端和m個輸出端，第二饋電網(wǎng)絡(luò)包括m個輸入端和n個輸出端；m為正數(shù)，m小于n；第一饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過金屬化過孔垂直饋電給第二饋電網(wǎng)絡(luò)，作為第二饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端。

27、可選的，基于n個陣元的激勵幅度比和相鄰陣元的相位差，確定子饋電網(wǎng)絡(luò)各級的輸出相位差，任意兩個陣元x和y的相位差為（y-x）φ，x和y為陣元編號。

28、可選的，步驟5中，組成的波束指向調(diào)控天線包括6層介質(zhì)基板，從上往下依次為第二、第一、第六、第五、第四、第三介質(zhì)基板，第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板用于設(shè)置鏟狀貼片饋電超表面天線，第三至第六介質(zhì)基板用于設(shè)置饋電網(wǎng)絡(luò)。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益技術(shù)效果：

30、（1）本發(fā)明提出了一種采用鏟狀饋電超表面天線和多級饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計波束指向調(diào)控天線的方法，為設(shè)計不同波束指向的天線提供了設(shè)計方法和思路，能夠?qū)崿F(xiàn)天線緊湊化且能抑制饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射對天線波束影響。

31、（2）本發(fā)明方法設(shè)計的波束指向調(diào)控天線通過將一個饋電網(wǎng)絡(luò)分成兩個子饋電網(wǎng)絡(luò)并采用垂直過渡的方式進行連接，使得整個天線結(jié)構(gòu)緊湊，降低了天線整體的占用空間。

32、（3）本發(fā)明方法設(shè)計的波束指向調(diào)控天線采用兩級折疊的饋電網(wǎng)絡(luò)，有效抑制了饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射，優(yōu)化天線的輻射方向圖，具備較高的工程應(yīng)用價值。

33、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

34、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

技術(shù)特征：

1.一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟1中，根據(jù)天線工作頻率f和所需波束指向，計算陣元間距d，公式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟2中，鏟狀貼片饋電超表面天線包括：微帶貼片天線金屬地、第一介質(zhì)基板、鏟狀輻射金屬貼片、第二介質(zhì)基板和金屬超表面；且所述金屬超表面由k×k個矩形貼片按照矩形柵格排列組成，k取值為整數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟3中，根據(jù)第一介質(zhì)基板、第二介質(zhì)基板的參數(shù)，天線陣元間距，確定所述鏟狀輻射金屬貼片的初始尺寸，確定金屬超表面數(shù)量k和超表面矩形貼片尺寸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟4中，建立的所述一分n饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一饋電網(wǎng)絡(luò)和第二饋電網(wǎng)絡(luò)，其中：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，第一饋電網(wǎng)絡(luò)和第二饋電網(wǎng)絡(luò)均由一分二功分器按照樹型拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)成，第一饋電網(wǎng)絡(luò)包括一個輸入端和m個輸出端，第二饋電網(wǎng)絡(luò)包括m個輸入端和n個輸出端；m為正數(shù)，m小于n；第一饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過金屬化過孔垂直饋電給第二饋電網(wǎng)絡(luò)，作為第二饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，基于n個陣元的激勵幅度比和相鄰陣元的相位差，確定子饋電網(wǎng)絡(luò)各級的輸出相位差，任意兩個陣元x和y的相位差為（y-x）φ，x和y為陣元編號。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，其特征在于，步驟5中，組成的波束指向調(diào)控天線包括6層介質(zhì)基板，從上往下依次為第二、第一、第六、第五、第四、第三介質(zhì)基板，第一介質(zhì)基板和第二介質(zhì)基板用于設(shè)置鏟狀貼片饋電超表面天線，第三至第六介質(zhì)基板用于設(shè)置饋電網(wǎng)絡(luò)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種波束指向調(diào)控天線設(shè)計方法，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，包括：根據(jù)待設(shè)計的天線波束指向要求、波束寬度及方向圖要求，確定構(gòu)成天線需要的陣元個數(shù)N、陣元間距d、N個陣元的激勵幅度比和相鄰陣元的相位差；建立鏟狀饋電超表面天線作為陣元；將N個陣元按照陣元間距d建立天線線陣；將N個陣元的激勵幅度比和相鄰陣元的相位差作為饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出指標，建立一分N饋電網(wǎng)絡(luò)；將一分N饋電網(wǎng)絡(luò)與天線線陣連接組成波束指向調(diào)控天線。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)天線緊湊化且能抑制饋電網(wǎng)絡(luò)的寄生輻射對天線波束影響，優(yōu)化了天線的輻射方向圖，具備較高的工程應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：梁培,陳謙,賀云,張玉祿,楊遠冀,劉丹
受保護的技術(shù)使用者：廈門中為科學儀器有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19