CN116937184A - 一种三角栅格±45°双极化天线阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三角栅格±45°双极化天线阵列，结构上它是由若干个两种极化形式的天线单元和若干个过渡电连接结构组成。其中，一种极化形式天线单元为+45°极化，另外一种为‑45°极化，两者呈现极化正交特征；在±45°极化天线单元组阵时，两种极化单元各自上下交错布局，从而形成了双极化三角栅格；若干个过渡电连接结构将两种极化形式的天线单元紧密相连，确保了天线单元间的电连接特性，有利于天线工作带宽的扩展。本发明实现了双极化天线阵列的三角栅格布阵设计，具备±45°双极化、超宽带、超宽角辐射特性，相较于传统矩形栅格双极化天线阵列，有利于降低相控阵天线系统的硬件成本，在雷达、通信等领域有着良好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于微波天线技术，涉及一种三角栅格±45°双极化天线阵列，可应用于雷达、通信等领域。
背景技术
近几十年来随着科学技术的进步，电磁学的理论和工程取得了迅猛发展，这些因素直接促进了现代电子通信、雷达等领域电子设备的不断更新换代。由于其灵活的波束扫描能力、多种工作模式以及抗干扰能力，相控阵天线系统的使用日益广泛。然而随着系统天线规模的增大，微波组件及后端电路用量的增加导致相控阵系统的硬件成本显著增加。为降低系统硬件成本，研究人员提出了矩形栅格和三角栅格两种天线布阵形式，理论分析表明相较矩形栅格，相同口面大小下，采用三角栅格布阵的天线阵列可有效减少通道数量，从而减少微波组件及后端电路用量，有利于相控阵系统的降本增效。
针对三角栅格相控阵天线，现有研究主要集中在微带天线形式，此类天线在天线单元布局时灵活可变，但存在着工作带宽窄的问题，严重限制了其应用前景。超宽带三角栅格天线的研究目前主要集中在Vivaldi天线形式，王嘉在《特定极化超宽带锥削槽阵列天线研究》中设计了一种0.5-2GHz印制斜45°三角栅格阵列天线；柏艳英基于Vivaldi天线单元设计了一种2.5倍频程斜45°三角栅格阵列天线，该天线可在±45°范围内实现无栅瓣扫描；Sungsik Ohm在《Design of a Dual-Polarization All-metal Vivaldi Array AntennaUsing a Metal 3D Printing Method for High-power Jamming Systems》一文中报道了一种2-6GHz下±45°三角栅格天线阵列，该天线可实现宽带宽角工作。然而，上述宽带三角栅格天线阵列，均是将正方形栅格布局的Vivaldi天线阵列转置45°以实现三角栅格、45°极化辐射，存在着阵面布局灵活度和口径利用效率低的问题。
综上可知，现有宽带三角栅格天线阵列局限于正方形栅格转置45°的天线设计形式，存在着阵面口径布局灵活度和口径效率低的问题，因而失去了采用三角栅格布阵从而降低系统硬件成本的优点。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种三角栅格±45°双极化天线阵列，以解决现有微带三角栅格天线阵列工作带宽窄、Vivaldi三角栅格天线阵列布局灵活度和口径效率低的问题，实现了三角栅格天线阵列的高效、灵活设计，具备±45°双极化、宽带宽角工作特性，有利于降低相控阵天线系统的硬件成本。
技术方案
一种三角栅格±45°双极化天线阵列，其特征在于包括若干个+45°极化和-45°极化两种极化形式的天线单元和若干个过渡电连接结构；两种极化形式的天线单元交错排列在平行阵列和垂直阵列中，各个极化形式的天线单元之间设有过渡电连接结构。
所述极化形式为+45°极化辐射的天线单元001与极化形式为-45°极化辐射的天线单元002各自上下交错布局，形成了双极化三角栅格，两者呈现极化正交特征。
所述极化形式为+45°极化辐射的天线单元001与极化形式为-45°极化辐射的天线单元002两种单元均上下交错的布局，在保证三角形栅格布阵时距离可变。
所述极化形式为+45°极化辐射的天线单元001与极化形式为-45°极化辐射的天线单元002两种单元形成三角形栅格时，天线单元之间结构分离而出现不连续，过渡电连接结构003将天线单元间结构互连，形成铰链式阵面构型实现三角栅格±45°双极化天线阵列的宽带、宽角特性。
所述天线单元金属Vivaldi天线。
有益效果
本发明提出的一种三角栅格±45°双极化天线阵列，结构上它是由若干个两种极化形式的天线单元和若干个过渡电连接结构组成。其中，一种极化形式天线单元为+45°极化，另外一种为-45°极化，两者呈现极化正交特征；在±45°极化天线单元组阵时，两种极化单元各自上下交错布局，从而形成了双极化三角栅格；若干个过渡电连接结构将两种极化形式的天线单元紧密相连，确保了天线单元间的电连接特性，有利于天线工作带宽的扩展。本发明实现了双极化天线阵列的三角栅格布阵设计，具备±45°双极化、超宽带、超宽角辐射特性，相较于传统矩形栅格双极化天线阵列，有利于降低相控阵天线系统的硬件成本，在雷达、通信等领域有着良好的市场应用前景。
本发明与现有技术相比，其具有如下显著优点为：
1)本发明提供了一种三角栅格±45°双极化天线阵列，该天线由±45°双极化天线单元和过渡电连接结构组成，结构紧密，具备±45°双极化、宽带、宽角工作特性。
2)本发明提供了一种三角栅格±45°双极化天线阵列，该天线由±45°双极化天线单元上下交错布局以形成三角栅格布阵，采用过渡电连接结构将天线单元间结构互连，相较现有文献报道中的三角栅格天线阵列方案，天线单元口径布局方式灵活。
3)本发明提供了一种三角栅格±45°双极化天线阵列，该天线阵列提高了阵面的口径利用效率，有利于降低相控阵天线系统的硬件成本。
附图说明
图1是本发明一种三角栅格±45°双极化天线阵列设计图。
图2是基于Vivaldi天线形式，本发明阵列规模为6×10×2的三角栅格±45°双极化阵列示意图。
图3是本发明阵列规模6×10×2的三角栅格±45°双极化阵列+45°极化中心单元6GHz下Phi分别为-45°、0°、+45°、90°辐射方向图。
图4是本发明阵列规模6×10×2的三角栅格±45°双极化阵列+45°极化中心单元12GHz下Phi分别为-45°、0°、+45°、90°辐射方向图。
图5是本发明阵列规模6×10×2的三角栅格±45°双极化阵列+45°极化中心单元18GHz下Phi分别为-45°、0°、+45°、90°辐射方向图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
传统三角栅格天线阵列基于天线形式有两种设计方式，分别是基于微带天线的三角栅格天线阵列和基于Vivaldi天线的三角栅格天线阵列。其中微带三角栅格天线阵列由于微带天线工作带宽窄，严重限制了其应用范围；Vivaldi三角栅格天线阵列通常采用先将Vivaldi天线单元正方形栅格设计后再转置45°的设计方式，存在着阵面布局灵活度低、口径利用效率低的问题。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明一种三角栅格±45°双极化天线阵列，该天线阵列由若干个两种极化形式的天线单元和若干个过渡电连接结构组成。如图1所示，其中，一种极化形式单元001为+45°极化辐射，另外一种极化形式单元002为-45°极化辐射，两者呈现极化正交特征。
极化形式+45°极化辐射单元001和-45°极化辐射极化形式单元002在组成阵列时，两种单元均采用上下交错布局，距离灵活可变，从而使得各自相邻极化形式单元+45°极化辐射001和-45°极化辐射极化形式单元002呈三角形栅格布阵。
极化形式+45°极化辐射单元001和-45°极化辐射极化形式单元002上下交错布局以形成三角形栅格时，天线单元之间结构分离而出现不连续，过渡电连接结构003将天线单元间结构互连。
极化形式+45°极化辐射单元001和-45°极化辐射极化形式单元002和过渡电连接结构003作为核心组成，是结构和功能上必不可少的。
为了验证本发明方案的有效性，进行如下试验设计。
如图2所示，在6-18GHz频段，设计了一个阵列规模为6×10×2的三角栅格双极化天线阵列，在该阵列中采用了金属Vivaldi天线作为基本单元。其中，两种极化单元分别为+45°极化和-45°极化上下交错布局放置，单元间距灵活可调；由于极化形式+45°极化辐射单元001和-45°极化辐射极化形式单元002上下交错布局以形成三角形栅格时，天线单元之间结构分离而出现不连续，过渡电连接结构003将天线单元间结构互连，从而使得天线阵列单元间紧密相连，进而实现三角栅格、±45°双极化天线阵列设计。
图3-图5分别给出了该6×10×2规模三角栅格±45°双极化阵列+45°极化中心单元6GHz、12GHz和18GHz下Phi分别为-45°、0°、+45°、90°辐射方向图，仿真结果表明本发明所提出的三角栅格±45°双极化阵列其在6-18GHz宽带范围内辐射特性良好。
综上，常规的微带三角栅格天线阵列存在工作带宽窄、金属Vivaldi三角栅格天线阵列局限于正方形栅格而阵面布局设计灵活度低、口径效率低的问题，为实现天线单元三角栅格灵活布局、提高阵面的口径效率利用效率，本方案提出了一种三角栅格±45°双极化天线阵列，±45°双极化天线单元上下交错布局形成了一种双极化、三角栅格设计，单元分布距离灵活可调，借助过渡电连接结构将所有单元紧密连接起来，实现了三角栅格±45°双极化天线阵列的±45°双极化、宽带宽角设计，有利于提高三角栅格天线阵列的设计灵活度和口径利用效率，可有效降低相控阵天线系统的硬件成本，在雷达、通信等领域有着良好的市场应用前景。需要注意的是，本发明中所给出具体实施例的天线单元采用了金属Vivaldi天线形式，该形式仅是本发明实施例的一种形式，因此，熟悉本技术领域的技术人员可根据本发明权利要求书中的设计思想做出其他具体的实施操作，如采用平面紧耦合偶极子天线新式等，在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对形式和细节做出各种变化，而无需创造性劳动。上述这些都应被视为本发明的设计范围。
Claims (5)
1.一种三角栅格±45°双极化天线阵列，其特征在于包括若干个+45°极化和-45°极化两种极化形式的天线单元和若干个过渡电连接结构；两种极化形式的天线单元交错排列在平行阵列和垂直阵列中，各个极化形式的天线单元之间设有过渡电连接结构。
2.根据权利要求1所述三角栅格±45°双极化天线阵列，其特征在于：所述极化形式为+45°极化辐射的天线单元(001)与极化形式为-45°极化辐射的天线单元(002)各自上下交错布局，形成了双极化三角栅格，两者呈现极化正交特征。
3.根据权利要求1所述三角栅格±45°双极化天线阵列，其特征在于：所述极化形式为+45°极化辐射的天线单元(001)与极化形式为-45°极化辐射的天线单元(002)两种单元均上下交错的布局，在保证三角形栅格布阵时距离可变。
4.根据权利要求1所述三角栅格±45°双极化天线阵列，其特征在于：所述极化形式为+45°极化辐射的天线单元(001)与极化形式为-45°极化辐射的天线单元(002)两种单元形成三角形栅格时，天线单元之间结构分离而出现不连续，过渡电连接结构(003)将天线单元间结构互连，形成铰链式阵面构型实现三角栅格±45°双极化天线阵列的宽带、宽角特性。
5.根据权利要求1所述三角栅格±45°双极化天线阵列，其特征在于：所述天线单元金属Vivaldi天线。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117559148A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-02-13 | 西安电子工程研究所 | 一种高合成效率的瞬态电磁脉冲发射阵列天线及优化方法 |
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2023
- 2023-07-24 CN CN202310909193.1A patent/CN116937184A/zh active Pending
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