一種基于空間移相表面的電掃描天線的制作方法
【專利摘要】一種基于空間移相表面的電掃描天線，涉及電掃描天線。提供成本低、重量輕、全向掃描，能實(shí)現(xiàn)水平面和垂直面的高增益的一種基于空間移相表面的電掃描天線。設(shè)有有源空間移相表面、全向天線和支撐件；所述有源空間移相表面設(shè)有至少3片有源空間移相表面單元條，各有源空間移相表面單元條以全向天線為中心軸，間隔環(huán)繞圍成多邊形陣列，有源空間移相表面單元條和全向天線設(shè)于支撐件上。所述有源空間移相表面為具有相位控制功能、可調(diào)范圍覆蓋天線工作頻率的有源空間移相表面。所述有源空間移相表面可為帶通式有源空間移相表面或帶阻式有源空間移相表面，在通帶或阻帶邊緣具有相位控制能力。
【專利說(shuō)明】—種基于空間移相表面的電掃描天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電掃描天線，尤其是涉及一種基于空間移相表面的電掃描天線。
【背景技術(shù)】
[0002]電控掃描天線可以控制天線方向圖的最大波束方向，以及實(shí)現(xiàn)多波束等目的。在通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。如智能天線，相控陣天線等都可以實(shí)現(xiàn)類似功能。通過(guò)電控掃描可以實(shí)現(xiàn)高增益大范圍信號(hào)發(fā)射與接收，并可以減少發(fā)射總功率，或擴(kuò)大信號(hào)覆蓋面積。
[0003]傳統(tǒng)的相控陣電控掃描天線利用移相器實(shí)現(xiàn)波陣面合成，從而實(shí)現(xiàn)了掃描，其成本高，重量大，算法復(fù)雜。數(shù)字波束形成天線(智能天線)需要多路收發(fā)通道，其系統(tǒng)總成本較高，計(jì)算開(kāi)銷大，因此一般也難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模布陣。
[0004]中國(guó)專利201110408303.3公開(kāi)的電控掃描天線結(jié)構(gòu)，成本低，重量輕，算法簡(jiǎn)單。但用來(lái)實(shí)現(xiàn)波束控制的有源頻率選擇表面只具有透射波幅度控制能力而不具有相位控制能力，因此無(wú)法對(duì)波振面的等相位面進(jìn)行控制，只能利用內(nèi)部的輻射器天線實(shí)現(xiàn)垂直面高增益而無(wú)法實(shí)現(xiàn)水平面高增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供成本低、重量輕、全向掃描，能實(shí)現(xiàn)水平面和垂直面的高增益的一種基于空間移相表面的電掃描天線。
[0006]本發(fā)明設(shè)有有源空間移相表面、全向天線和支撐件；
[0007]所述有源空間移相表面設(shè)有至少3片有源空間移相表面單元條，各有源空間移相表面單元條以全向天線為中心軸，間隔環(huán)繞圍成多邊形陣列，有源空間移相表面單元條和全向天線設(shè)于支撐件上。
[0008]所述有源空間移相表面為具有相位控制功能、可調(diào)范圍覆蓋天線工作頻率的有源空間移相表面。所述有源空間移相表面可為帶通式有源空間移相表面或帶阻式有源空間移相表面，在通帶或阻帶邊緣具有相位控制能力。
[0009]所述有源空間移相表面單元條的形狀可為長(zhǎng)方形。
[0010]所述全向天線可為單極子天線、偶極子天線、雙錐天線、串饋天線等軸向全向天線。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的工作原理及有益效果如下:
[0012]使用時(shí)，通過(guò)支撐件固定在外部設(shè)備上，通過(guò)外部電壓控制有源空間移相表面的特征頻率與透射相位，進(jìn)而控制在某指定頻率下由全向天線輻射出來(lái)的波束的空間相位和幅值大小，從而實(shí)現(xiàn)高增益掃描。相對(duì)于以往的電控掃描天線，本發(fā)明相位幅值均可調(diào)，能實(shí)現(xiàn)水平面高增益全向電控掃描。當(dāng)采用高增益全向天線，其增益能實(shí)現(xiàn)增加3dB以上的效果。本發(fā)明可以通過(guò)控制天線結(jié)構(gòu)中的有源空間移相表面的工作狀態(tài)，控制其透射波的空間相位與幅度來(lái)實(shí)現(xiàn)水平面高增益電控掃描?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為圖1的俯視示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的電控掃描原理示意圖。圖3中的標(biāo)記4為反射面，標(biāo)記5為透射面，空心箭頭為波束方向。
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的水平面高增益方向圖。在圖4中，a為原全向天線的方向增益圖，b為基于有源移相表面所實(shí)現(xiàn)的水平方向增益圖，c為基于幅度控制頻率選擇表面實(shí)現(xiàn)的水平方向增益圖，d為加有有源移相表面后與原全向天線相比方向增益的提高值。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參見(jiàn)圖1和2，本實(shí)施例設(shè)有有源空間移相表面(12片有源空間移相表面單元條2組成)、全向天線I和支撐件3。
[0018]有源空間移相表面設(shè)有12片有源空間移相表面單元條2，各有源空間移相表面單元條2形狀為長(zhǎng)方形，各有源空間移相表面單元條2以全向天線I為中心軸，間隔環(huán)繞圍成12邊形陣列，有源空間移相表面單元條陣列和全向天線設(shè)于支撐件3上。
[0019]所述有源空間移相表面為具有相位控制功能、可調(diào)范圍覆蓋天線工作頻率的有源空間移相表面。有源空間移相表面單元條2的數(shù)量可以變化，數(shù)量越多可實(shí)現(xiàn)的增益越高。
[0020]參見(jiàn)圖3，圖3給出本實(shí)施例的電控掃描原理示意圖。圖3中的標(biāo)記4為反射面，標(biāo)記5為透射面，空心箭頭為波束方向。本實(shí)施例工作原理為:通過(guò)分別調(diào)整全向天線周圍的各有源空間移相表面單元條2的偏置電壓，進(jìn)而控制在某指定頻率下的天線輻射出來(lái)的波束的空間相位和幅值大小，該相位和幅值具有相關(guān)性，即透射幅度越小其透射相位移相角度越大。以上相位和幅度關(guān)系剛好滿足高增陣列天線的高增益聚焦模式的要求?？蓪⑾噜彽挠性纯臻g移相表面的反射頻率調(diào)整到天線工作頻率；同時(shí)將其他的有源空間移相表面調(diào)整到透射狀態(tài)，從而使全向天線的方向圖為指向透射方向，實(shí)現(xiàn)定向天線的功能；與此同時(shí)調(diào)整透射區(qū)中的有源空間移相表面的電壓，以此來(lái)控制透射波的相位和幅值大小，從而修正天線方向圖，使其達(dá)到高增益的目的。同時(shí)可以依次改變反射區(qū)和透射區(qū)的有源空間移相表面的工作狀態(tài)，使得天線在水平方向內(nèi)實(shí)現(xiàn)全向掃描。采用高增益全向天線(中心輻射器)時(shí)，可以在實(shí)現(xiàn)水平面高增益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)垂直面高增益?？蓪⒍鄠€(gè)有源空間移相表面順序排列并聯(lián)，外部控制電路的控制電壓加載在有源空間移相表面條帶底端，各有源空間移相表面均受控于該電壓，各有源空間移相表面具有相同的工作狀態(tài)。實(shí)際應(yīng)用中有源空間移相表面的數(shù)量可以增減。
[0021]參見(jiàn)圖4，圖4給出本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的水平面高增益方向圖。在圖4中，a為原全向天線的方向增益圖，b為基于有源移相表面所實(shí)現(xiàn)的水平方向增益圖，c為基于幅度控制頻率選擇表面實(shí)現(xiàn)的水平方向增益圖，d為加有有源移相表面后與原全向天線相比方向增益的提高值(3dB)。由此可見(jiàn)，本實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)水平面高增益。
【權(quán)利要求】
1.一種基于空間移相表面的電掃描天線，其特征在于設(shè)有有源空間移相表面、全向天線和支撐件； 所述有源空間移相表面設(shè)有至少3片有源空間移相表面單元條，各有源空間移相表面單元條以全向天線為中心軸，間隔環(huán)繞圍成多邊形陣列，有源空間移相表面單元條和全向天線設(shè)于支撐件上。
2.如權(quán)利要求1所述一種基于空間移相表面的電掃描天線，其特征在于所述有源空間移相表面為具有相位控制功能、可調(diào)范圍覆蓋天線工作頻率的有源空間移相表面。
3.如權(quán)利要求1或2所述一種基于空間移相表面的電掃描天線，其特征在于所述有源空間移相表面為帶通式有源空間移相表面或帶阻式有源空間移相表面，在通帶或阻帶邊緣具有相位控制能力。
4.如權(quán)利要求1所述一種基于空間移相表面的電掃描天線，其特征在于所述有源空間移相表面單元條的形狀為長(zhǎng)方形。
5.如權(quán)利要求1所述一種基于空間移相表面的電掃描天線，其特征在于所述全向天線為單極子天線、偶極子天線、雙錐天線、串饋天線。
【文檔編號(hào)】H01Q3/34GK103943961SQ201410152975
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】張諒, 柳清伙, 劉顏回, 葉龍芳, 賴?yán)ぶ? 徐旭輝, 趙陽(yáng), 于豐暢 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)