基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法技术

本发明专利技术提供基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法，所述天线阵结构包括预设数量的天线单元，各个天线单元包括贴片以及设置于所述贴片中心的馈电点，所述贴片的两个对角按照预设切角尺寸进行切角，所述贴片中按照预设开槽尺寸开设U型槽位；旋转角度间隔为90°的4个天线单元构成一个子阵，各个子阵在水平方向和垂直方向分布，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行90°旋转，并且每个子阵的第二排首个天线单元采用45°相位补偿。本发明专利技术提供的基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法，能够解决因大角度扫描导致轴比恶化影响天线阵性能的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法
本专利技术涉及圆极化天线阵列
，具体涉及一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法。
技术介绍
相控阵天线是用电子方法实现天线波束指向在空间转动或扫描的天线，越来越广泛地运用在军事、民用各个方面。相控阵天线的天线单元结构多种多样，其中微带贴片天线单元因具有体积小、质量小、平面结构薄、能与载体共形、易于实现线极化和圆极化等优点而得到广泛应用，常用于构成相控阵天线的天线单元。由于圆极化天线能发射或接收线极化或圆极化电磁信号，而线极化天线不具备这样的特性，所以通信与侦测等应用领域常使用具有圆极化特性的相控阵天线。圆极化天线发射与接收的性能由多方面因素决定，其中圆极化天线的轴比是主要指标，通常情况下，扫描角度越大，轴比恶化越明显，因此在设计圆极化相控阵天线时，需要重点分析扫描角度较大时轴比是否能满足指标要求。研究发现，不同的二次圆极化排列方式会导致不同的圆极化效果，大扫描角度时，轴比差别较大，目前尚未出现能够较好改善圆极化天线性能的相控阵天线结构。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法，能够解决因大角度扫描导致轴比恶化影响天线阵性能的问题。为实现上述目的，本专利技术实施例一方面提供一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，包括预设数量的天线单元，各个天线单元包括贴片以及设置于所述贴片中心的馈电点，所述贴片的两个对角按照预设切角尺寸进行切角，所述贴片中按照预设开槽尺寸开设U型槽位；其中，旋转角度间隔为90°的4个天线单元构成一个子阵，各个子阵在水平方向和垂直方向分布，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行90°旋转，并且每个子阵的第二排首个天线单元采用45°相位补偿。进一步地，各个天线单元的馈电方式采用同轴馈电，并且所述预设数量的天线单元按照三角形栅格形式进行分布。进一步地，按照下述公式确定天线单元之间的间距范围：其中，dx表示相邻天线单元在水平方向的间距，dy表示相邻天线单元在垂直方向的间距，α为三角形栅格形式分布的腰与水平方向的夹角，θs为波束扫描角，λmin为天线带内最小工作波长。进一步地，按照下述公式确定天线单元的补偿相位值：其中，phase表示天线单元的补偿相位值，λ表示天线带的工作波长，φ表示天线阵列剖面角度。进一步地，当天线单元辐射左旋圆极化波时，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行顺时针旋转90°；当天线单元辐射右旋圆极化波时，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行逆时针旋转90°。进一步地，当天线单元辐射左旋圆极化波时，在垂直方向中，旋转后的子阵第二排首个天线单元进行+45°的相位补偿；当天线单元辐射右旋圆极化波时，在垂直方向中，旋转后的子阵第二排首个天线单元进行-45°的相位补偿。进一步地，当天线单元辐射左旋圆极化波时，在水平方向中，各个天线单元的旋转角度依次递减90°；当天线单元辐射右旋圆极化波时，在水平方向中，各个天线单元的旋转角度依次增加90°。为实现上述目的，本申请实施方式另一方面提供一种相位补偿方法，所述方法包括：将旋转角度间隔为90°的4个天线单元构成一个子阵，其中，各个子阵在水平方向和垂直方向分布；在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行90°旋转，并且每个子阵的第二排首个天线单元采用45°相位补偿。进一步地，各个天线单元的馈电方式采用同轴馈电，并且所述预设数量的天线单元按照三角形栅格形式进行分布。进一步地，按照下述公式确定天线单元之间的间距范围：其中，dx表示相邻天线单元在水平方向的间距，dy表示相邻天线单元在垂直方向的间距，α为三角形栅格形式分布的腰与水平方向的夹角，θs为波束扫描角，λmin为天线带内最小工作波长。本申请实施方式提供的基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法，使用中心馈电的圆极化天线单元，便于天线装配时单元旋转组阵和馈电；特有的空间相位补偿法是基于常规旋转组阵的基础，在水平方向和垂直方向分别进行有规律的相位补偿，以构成圆极化天线阵列，能够有效改善天线阵列的轴比参数，从而能够解决因大角度扫描以及轴比恶化影响天线阵性能的问题。进一步的，采用三角形栅格的布阵形式，可有效提高天线口径效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本专利技术实施例的内容和这些附图获得其他的附图。图1是本实施例所述的天线单元的结构示意图；图2是本实施例中天线阵的各个天线单元的相位示意图；图3是本实施例中天线阵的结构示意图；图4是本实施例所述的相位补偿方法流程图。贯穿附图，应该注意的是，相似的标号用于描绘相同或相似的元件、特征和结构。具体实施方式提供以下参照附图的描述来帮助全面理解由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。以下描述包括帮助理解的各种具体细节，但是这些细节将被视为仅是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可对本文所述的各种实施例进行各种改变和修改。另外，为了清晰和简洁，公知功能和构造的描述可被省略。以下描述和权利要求书中所使用的术语和词汇不限于文献含义，而是仅由专利技术人用来使本公开能够被清晰和一致地理解。因此，对于本领域技术人员而言应该明显的是，提供以下对本公开的各种实施例的描述仅是为了示例性目的，而非限制由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。应该理解，除非上下文明确另外指示，否则单数形式也包括复数指代。因此，例如，对“组件表面”的引用包括对一个或更多个这样的表面的引用。本申请实施方式提供一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，所述天线阵结构中可以包括预设数量的天线单元。请参阅图1，各个天线单元包括贴片1以及设置于所述贴片中心的馈电点2，各个天线单元的馈电方式可以采用同轴馈电，所述贴片1的两个对角102按照预设切角尺寸进行切角，所述贴片1中按照预设开槽尺寸开设U型槽位101。其中，天线阵可以工作在Ka频段，调整贴片的各个尺寸可调节天线工作的频段。具体的，调节U型槽位101的开槽尺寸可有效调节阻抗匹配，调节对角102的切角尺寸可调整单元圆极化效果。在本实施方式中，组阵建模之前，可以首先计算天线单元之间的初始间距和各个天线单元的相位值。为保证天线扫描范围内不出现栅瓣，天线单元的间距dx、dy需满足下式：其中，dx表示相邻天线单元在水平方向的间距，dy表示相邻天线单元在垂直方向的间距，α为三角形栅格形式分布的腰与水平方向的夹角，θs为波束扫描角，λmin为天线带内最小工作波长。根据公式计算初始值后，在水平方向可以取5.66mm作为水平间距，垂直方向可以取4.9mm作为垂直间距。天线阵列中，贴片的旋向需要与馈电相位保持一致，并且，在进行相位扫描时，每个单元都需要进行相位补偿，各个天线单元的补偿相位值由以下公式得到：其中，phase表示天线单元的补偿相位值，λ表示天线带的工作波长，φ表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，包括预设数量的天线单元，其特征在于，各个天线单元包括贴片以及设置于所述贴片中心的馈电点，所述贴片的两个对角按照预设切角尺寸进行切角，所述贴片中按照预设开槽尺寸开设U型槽位；其中，旋转角度间隔为90°的4个天线单元构成一个子阵，各个子阵在水平方向和垂直方向分布，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行90°旋转，并且每个子阵的第二排首个天线单元采用45°相位补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，包括预设数量的天线单元，其特征在于，各个天线单元包括贴片以及设置于所述贴片中心的馈电点，所述贴片的两个对角按照预设切角尺寸进行切角，所述贴片中按照预设开槽尺寸开设U型槽位；其中，旋转角度间隔为90°的4个天线单元构成一个子阵，各个子阵在水平方向和垂直方向分布，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行90°旋转，并且每个子阵的第二排首个天线单元采用45°相位补偿。2.根据权利要求1所述的基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，其特征在于，各个天线单元的馈电方式采用同轴馈电，并且所述预设数量的天线单元按照三角形栅格形式进行分布。3.根据权利要求2所述的基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，其特征在于，按照下述公式确定天线单元之间的间距范围：其中，dx表示相邻天线单元在水平方向的间距，dy表示相邻天线单元在垂直方向的间距，α为三角形栅格形式分布的腰与水平方向的夹角，θs为波束扫描角，λmin为天线带内最小工作波长。4.根据权利要求3所述的基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，其特征在于，按照下述公式确定天线单元的补偿相位值：其中，phase表示天线单元的补偿相位值，λ表示天线带的工作波长，φ表示天线阵列剖面角度。5.根据权利要求1所述的基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，其特征在于，当天线单元辐射左旋圆极化波时，在垂直方向中，下一个子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟亚君，鄢波，金世超，郑斌，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11