本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于雷達(dá)和無線通信的扇形波束天線，具體涉及一種扇形波束微帶陣列天線。

背景技術(shù)：

隨著雷達(dá)技術(shù)和組網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展，對扇形波束天線有了更多的需求，比如交通雷達(dá)為了只覆蓋需要的區(qū)域而減小不需要區(qū)域的干擾，需要扇形波束天線，無線通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)為了減少扇區(qū)之間的干擾，也需要扇形波束天線。圖1是扇形波束與圓形波束的對比，可以看出，扇形波束具有偏離主瓣時(shí)衰減很快的特點(diǎn)，因而可以有效的擬制干擾。

微帶貼片天線是一種適用于微波、毫米波的低成本天線，在微波、毫米波領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但微帶貼片天線具有固定的方向圖，在有些場合并不適用。陣列天線是一種改善天線輻射波束的有效方法，改變每一個(gè)天線單元的激勵(lì)幅度和相位就可以進(jìn)行天線賦形，形成需要的波束。通過這種方法，對給定的天線方向圖要求，都可以綜合出合適的陣列天線。傳統(tǒng)的的天線陣綜合方法有道爾夫-切比雪夫綜合法、泰勒綜合法、反z變換法、伍德沃德-勞森抽樣法等方法，后來又發(fā)展出了自適應(yīng)算法、遺傳算法、旁瓣峰值控制算法等方法。但是，采用常規(guī)的綜合法綜合出的扇形波束天線都需要復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)和移相網(wǎng)絡(luò)，這樣給微帶陣列天線的實(shí)現(xiàn)就帶來了困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單的賦形陣列天線，該天線采用微帶陣列天線，通過簡單的設(shè)置組合即可得到需要的天線方向圖。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種扇形波束微帶陣列天線，其特征在于：包括輻射單元、移相單元、介質(zhì)和金屬接地板，所述輻射單元成多行多列的印刷在介質(zhì)的一面，所述金屬接地板貼合在介質(zhì)的另一面，每一行上輻射單元通過連接導(dǎo)線相連，且在每一行上輻射單元連接導(dǎo)線的中點(diǎn)處設(shè)置饋電連接點(diǎn)，不同行輻射單元上饋電連接點(diǎn)通過饋電連接線相連，饋電連接線中部通過饋電線與待使用的電路相連；每一行上輻射單元以饋電連接點(diǎn)向兩邊方向分別只設(shè)有一個(gè)替代輻射單元位置的移相單元，所述移相單元為180度移相單元，移相單元之前的輻射單元相位均為0度，移相單元之后的輻射單元相位均為180度。

進(jìn)一步的，所述輻射單元與連接導(dǎo)線之間設(shè)有阻抗匹配單元和功率分配單元。

進(jìn)一步的，每一行上輻射單元和兩個(gè)移相單元分布一致，且以該行上的連接導(dǎo)線的饋電連接點(diǎn)為中心對稱分布，每一行上的饋電連接點(diǎn)以天線饋電線對稱分布。

進(jìn)一步的，其特征在于：所述每一行上有4-20個(gè)輻射單元，組成該扇形波束微帶陣列天線的輻射單元一共有1-20行。

進(jìn)一步的，所述輻射單元的行數(shù)大于1時(shí)為偶數(shù)行，每一行上輻射單元有偶數(shù)個(gè)。

進(jìn)一步的，所述輻射單元為邊饋式矩形貼片單元。

本發(fā)明的有益效果是：

該天線的水平波束寬度和垂直波束寬度都可以根據(jù)需要綜合出來，天線的副瓣電平也可以根據(jù)需要來進(jìn)行綜合，最主要的是該天線在一個(gè)方向的方向圖為扇形波束。該天線可以很容易的采用印刷電路板的工藝進(jìn)行加工，成本低、一致性好、性能穩(wěn)定。

附圖說明

圖1扇形波束方向圖和圓形波束方向圖比較。

其中，圖1a為圓形波束方向圖，圖1b為扇形波束方向圖。

圖2為邊饋式矩形貼片單元示意圖。

其中，圖2a為邊饋式矩形貼片單元主視圖，圖2b為邊饋式矩形貼片單元左側(cè)視圖。

圖3為扇形波束微帶陣列天線的單行輻射單元。

圖4為實(shí)施例1扇形波束微帶陣列天線示意圖。

其中，圖4a為扇形波束微帶陣列天線主視圖，圖4b為扇形波束微帶陣列天線左側(cè)視圖。

圖5為實(shí)施例1的輻射方向圖。

其中，圖5a為實(shí)施例1中水平輻射方向圖，圖5b為垂直輻射方向圖。

圖6為實(shí)施例2扇形波束微帶陣列天線示意圖。

圖7為實(shí)施例2的輻射方向圖。

其中，圖7a為實(shí)施例2中水平輻射方向圖，圖7b為垂直輻射方向圖。

圖中，101-輻射單元，102-輻射單元饋電點(diǎn)，103-移相單元，104-功率分配單元，105-阻抗匹配單元，106-饋電連接線，107-扇形波束微帶陣列天線，201-介質(zhì)，301-金屬接地板，401-饋電線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明

為了使微帶陣列天線實(shí)現(xiàn)容易，降低成本，本發(fā)明采用的輻射單元101為邊饋式矩形貼片單元，如圖2所示。將輻射單元101、功率分配單元104、阻抗匹配單元105和移相單元103都放到同一個(gè)平面內(nèi)，并且使之間的互相影響可以忽略不計(jì)，為了簡化設(shè)計(jì)和制作，天線陣列采用對稱結(jié)構(gòu)。天線陣的綜合方法采用伍德沃德-勞森(woodword-lawson)抽樣法，為了得到一個(gè)水平方向?yàn)樯刃尾ㄊ年嚵刑炀€，在綜合水平方向圖的過程中對輻射單元101的幅度和相位進(jìn)行如下的限定：

1各輻射單元101等距分布；

2各輻射單元101的激勵(lì)相位只能取0度和180度；

3從饋電連接點(diǎn)開始相位沿輻射單元101的長度分布上只有一次的相位反轉(zhuǎn)；

4相位反轉(zhuǎn)的前一個(gè)輻射單元101的激勵(lì)幅度為0；

在這種限定下，綜合出的天線既可以實(shí)現(xiàn)扇形波束，又沒有復(fù)雜的移相網(wǎng)絡(luò)，而且可以在一個(gè)平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)天線陣列，從而便于加工和制造。圖3是在這種限定下綜合出的一個(gè)具有扇形波束的線天線陣。將此線天線陣作為天線的水平方向，再在垂直方向上進(jìn)行綜合，就可以得到一個(gè)具有扇形波束的平面天線陣列。

垂直方向的方向圖綜合按一般的等距分布的線陣進(jìn)行綜合(如果需要，同樣可以按水平方向的方法綜合出扇形波束)，然后將水平方線和垂直方向結(jié)合起來，就完成了整個(gè)天線的綜合，綜合出的天線示意圖如圖4和圖6所示。

本發(fā)明是一個(gè)平面陣列天線，其水平方向?yàn)樯刃尾ㄊ?，垂直方向?yàn)閳A形波束。除饋電線401外的所有電路都在介質(zhì)201的一面上，介質(zhì)201的另一面是整個(gè)的金屬接地板301，天線的饋電線401穿過金屬接地板301和介質(zhì)201直接焊接在電路上。

一種扇形波束微帶陣列天線，包括輻射單元101、移相單元103、介質(zhì)201和金屬接地板301，所述輻射單元101成多行多列的印刷在介質(zhì)201的一面，所述金屬接地板301貼合在介質(zhì)201的另一面，每一行上輻射單元101通過連接導(dǎo)線相連，且在每一行上輻射單元101連接導(dǎo)線的中點(diǎn)處設(shè)置饋電連接點(diǎn)，不同行輻射單元101上饋電連接點(diǎn)通過饋電連接線106相連，饋電連接線106中部通過饋電線401與待使用的電路焊接相連；每一行上輻射單元101以饋電連接點(diǎn)向兩邊方向分別只設(shè)有一個(gè)替代輻射單元101位置的移相單元103，所述移相單元103為180度移相單元，移相單元103之前的輻射單元101相位均為0度，移相單元103之后的輻射單元101相位均為180度。

所述輻射單元101與連接導(dǎo)線之間設(shè)有阻抗匹配單元105和功率分配單元104。

每一行上輻射單元101和兩個(gè)移相單元103分布均一致，且以相應(yīng)行上連接導(dǎo)線的饋電連接點(diǎn)為中心對稱分布，不同行上的饋電連接點(diǎn)以饋電線401對稱分布。

所述每一行上輻射單元101數(shù)量至少為4個(gè)，具體數(shù)量根據(jù)實(shí)際波形需要調(diào)節(jié)，考慮復(fù)雜性問題，一般最佳為有4-20個(gè)輻射單元101，組成該扇形波束微帶陣列天線107的輻射單元101的行數(shù)至少為1行，具體數(shù)量根據(jù)實(shí)際波形需要調(diào)節(jié)，考慮復(fù)雜性問題，一般有1-20行。

最佳的，所述輻射單元101的行數(shù)大于1時(shí)為偶數(shù)行，每一行上輻射單元101有偶數(shù)個(gè)。

以下為兩個(gè)具體實(shí)施例：

實(shí)施例1

采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和綜合方法，設(shè)計(jì)一個(gè)扇形波束微帶陣列天線107，工作于24.15ghz，介質(zhì)201材料選用ro4350b，介質(zhì)201厚度0.5mm。水平方向由10個(gè)輻射單元組成(有效輻射單元101為8個(gè))，水平輻射方向圖為扇形波束，3db波瓣寬度為32度。垂直方向采用6個(gè)輻射單元，垂直輻射方向圖為圓形波束，3db波瓣寬度為16度?？傒椛鋯卧獮?0個(gè)(有效輻射單元101為48個(gè))。最大副瓣小于-20db，回波損耗小于-17db。其平面結(jié)構(gòu)如圖4所示，其水平和垂直方向的輻射圖如圖5所示。

實(shí)施例2

采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和綜合方法，設(shè)計(jì)另一個(gè)扇形波束微帶陣列天線107，工作于24.15ghz，介質(zhì)201材料選用ro4350b，介質(zhì)201厚度0.5mm。水平方向由18個(gè)輻射單元組成(有效輻射單元101為16個(gè))，水平輻射方向圖為扇形波束，3db波瓣寬度為14度。垂直方向采用4個(gè)輻射單元101，垂直輻射方向圖為圓形波束，3db波瓣寬度為24度。總輻射單元為72個(gè)(有效輻射單元101為64個(gè))。最大副瓣小于-20db，回波損耗小于-17db。其平面結(jié)構(gòu)如圖6所示，其水平和垂直方向的輻射圖如圖7所示。