一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线

本发明涉及天线，尤其涉及一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线。

背景技术：

1、现有的大间距相控阵天线(间距往往大于等于1λ0)为了抑制在可见空间上出现的栅瓣，主要采用辐射口径交织、馈电网络交织等形式来实现。

2、辐射口径交织：对于辐射口径交织天线通常射频通道与辐射单元一一对应。为了实现对栅瓣的抑制，需要特别考虑对辐射单元进行设计，使得单元之间的辐射口径部分交叠，以产生顶部平坦的有源单元方向图。在现有第一文献中，多层圆盘作为引向器放置在阶梯状圆形波导上以产生顶部平坦方向图。相应的x方向间距为1.14λ0、y方向间距为0.9872λ0的大间距相控阵天线沿x方向的扫描范围为±20°，在ka和c波段，栅瓣电平分别小于-11db和-12db。然而，这些设计需要非常高的剖面。加载透镜的漏波天线用于实现间距为2λ0的大间距相控阵天线，可实现高达±20°的扫描能力，副瓣电平小于-13.0db。但是，这种设计的缺点是剖面较高，需要额外的机械移动结构来保证扫描性能。在现有第二文献中，使用钉子设计周期的漏波结构来扩展和控制辐射口径，实现了顶部平坦方向图。然而，受限于周期结构表现出非常窄的工作带宽。

3、馈电网络交织：馈电网络交织天线是通过对馈电网络的设计实现辐射口径交织的效果，一般来说可以实现更低的剖面。对于馈电网络交织天线，一个射频通道往往对应于多个辐射单元，所以通道数量往往少于辐射单元的数量。具体来说，馈电网络交织天线是通过馈电网络将少的射频通道映射到多的辐射单元上面，其中最重要的是调整映射关系对辐射能量进行分配。在现有第三文献中，利用固定/可变增益放大器、功率分配器和衰减器组成一个交织的馈电网络，射频通道之间的间距约为1.1λ0，实现了±25°扫描范围，副瓣电平小于-18db。这种方法实现的天线结构较为复杂，并且由于大量的使用有源器件而导致较高的成本。为了克服这些挑战，在现有第四文献中采用了不同类型的功率分配器来实现交织的馈电网络。该大间距相控阵天线的间距为2λ0，可实现±14°扫描范围。但是，它具有大约-1db的高栅瓣电平。

4、总的来说，现有的技术方案存有以下问题：1)对于辐射口径交织天线现有方案设计较为复杂，剖面较高，导致在与射频前端电路集成上实现困难。2)对于馈电网络交织天线现有方案设计需要大量的有源器件，反而导致较高的成本，且在毫米波频段上实现较为困难。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，包括：

4、基于双线传输线构造的混合交织馈电网络，设置在单层基板上，包括n个射频通道端口和个m辐射单元端口；其中每个通道端口对应多个辐射单元，以实现射频通道辐射口径交织，n＜m；

5、所述射频通道端口用于与巴伦转换器连接，所述辐射单元端口用于与偶极子连接；每个辐射单元端口对应两条振子臂，所述振子臂与传输线连接，两条振子臂分别设置在单层基板的顶层和底层，且两条振子臂的方向相反；通过调整两条振子臂的方向，以实现0°或180°相位差；通过调整两个辐射单元端口之间的双线传输线的宽度和/或长度，以控制激励的幅度；

6、其中，当一个通道端口被激励时，来自混合交织馈电网络辐射单元的激励是sinc函数的采样。

7、进一步地，所述大间距相控阵天线还包括多个引向器和一个金属反射板，以提高天线的增益及对辐射后瓣抑制；

8、所述引向器设置在所述振子臂的上方；所述反射板与单层基板垂直，且位于射频通道端口处，所述反射板和单层基板之间设有让传输线走线的通道。

9、进一步地，所述混合交织馈电网络包括5个射频通道端口和16个辐射单元端口，相邻两个射频通道端口之间的距离为1λ0，相邻两个辐射单元端口之间的距离为1/3λ0，λ0为天线的工作频段。

10、进一步地，所述混合交织馈电网络包括5个射频通道端口和21个辐射单元端口，相邻两个射频通道端口之间的距离为1.5λ0，相邻两个辐射单元端口之间的距离为3/8λ0，λ0为天线的工作频段。

11、进一步地，所述巴伦转换器用于通过基片集成波导实现连接双线传输线和微带线两种传输线的转换。

12、进一步地，所述巴伦转换器与外部的sma接头连接。

13、本发明的有益效果是：本发明通过混合交织馈电网络激励单个通道时可以实现近似sinc函数电场分布，进而获得顶部平坦的有源方向图；确保了的低扫描增益滚降又使整个天线保存较低的副瓣电平。

技术特征：

1.一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，其特征在于，所述大间距相控阵天线还包括多个引向器和一个反射板，以提高天线的增益及对辐射后瓣抑制；

3.根据权利要求1所述的一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，其特征在于，所述混合交织馈电网络包括5个射频通道端口和16个辐射单元端口，相邻两个射频通道端口之间的距离为1λ0，相邻两个辐射单元端口之间的距离为1/3λ0，λ0为天线的工作频段。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，其特征在于，所述混合交织馈电网络包括5个射频通道端口和21个辐射单元端口，相邻两个射频通道端口之间的距离为1.5λ0，相邻两个辐射单元端口之间的距离为3/8λ0，λ0为天线的工作频段。

5.根据权利要求1所述的一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，其特征在于，所述巴伦转换器用于通过基片集成波导实现连接双线传输线和微带线两种传输线的转换。

6.根据权利要求1所述的一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，其特征在于，所述巴伦转换器与外部的sma接头连接。

技术总结
本发明公开了一种基于混合交织馈电网络的大间距相控阵天线，包括：基于双线传输线构造的混合交织馈电网络，包括N个射频通道端口和个M辐射单元端口；每个通道端口对应多个辐射单元；每个辐射单元端口对应两条振子臂，两条振子臂分别设置在单层基板的顶层和底层，且两条振子臂的方向相反；通过调整两条振子臂的方向，以实现0°或180°相位差；通过调整两个辐射单元端口之间的双线传输线的宽度和/或长度，以控制激励的幅度。当通道端口被激励时，来自混合交织馈电网络辐射单元的激励是sinc函数的采样。本发明通过混合交织馈电网络激励单个通道时可以实现近似sinc函数电场分布，进而获得顶部平坦的有源方向图，可广泛应用于天线技术领域。

技术研发人员：廖绍伟,黄志成,薛泉,车文荃
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16