[发明专利]一种波束赋形天线结构及设计方法

说明书

本发明公开了一种新型波束赋形天线结构及其设计方法，其中天线结构包括线阵辐射单元与馈电网络。所述馈电网络由若干种结构对称的基片集成波导功率分配器以及基片集成波导延迟线组成，所述线阵辐射单元与所述基片集成波导馈电网络的末端相连。本发明天线实现了一种适用于毫米波合成孔径雷达的新型余割四次方天线阵列。在相同雷达散射截面情况下，该天线能够实现对于目标视场内不同距离的目标接收回波功率相等，从而提升了能量的利用效率。同时，馈电网络由对称的等功率分配器组成，具有设计简单，可靠性高，对加工误差容忍性高等优势。

技术领域

本发明涉及电子、微波射频、雷达等领域，尤其涉及一种新型波束赋形天线的结构及设计方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，毫米波技术由于具有尺寸小、带宽大等优良特性受到国内外各科研机构关注。毫米波天线阵作为毫米波雷达、通信系统的关键部件对整个系统的链路指标性能有着非常重要的影响。

在通信领域经常出现这样一种应用场景：发射端放置在高处需要斜向下覆盖一定角度区域内的接收用户。由于探测更远的目标需要更大的等效全向辐射功率(EIRP)，一味地增加发射功率不切实际，因此探测距离越远，所需天线阵列增益越高。为了提升能量的利用效率，前人对于波束进行赋形。使得天线阵列对于距离近的地方增益较低，距离远的地方增益较高。这样使得地面不同位置接收端可以收到相同的能量。由于这是一种单向通信，接收功率与距离的平方成反比。因此，所设计的天线称为余割平方天线。

现有的余割平方天线方案一般有以下几种：1)采用透镜/反射阵结构，利用透镜/反射阵上面不同单元的移相效应实现对应相移，从而实现余割方向图；2)通过设计复杂的馈电网络给平面天线阵列不同线阵进行馈电来实现余割平方辐射方向图。

现有技术的缺点

从天线方向图概念上看，现有的余割平方天线概念仅仅适用于单向传播的通信以及双站雷达应用场景(即发射端位于空中、接收端位于地面)，而不适用于合成孔径雷达等单站雷达(发射、接收端均在空中)应用场景。

单向场景下信号从空中的发射端传输至地面的接收端，信号路径是单向的，因此接收功率与距离平方成反比。对于合成孔径雷达场景，信号从空中发射端发射信号打到地面经反射后由空中的接收端进行接收。因此信号路径是双向的，接收功率与距离的四次方成反比，传统余割平方天线并不适用于此。

从实现波束赋形天线的技术实现角度看，方案一利用透镜/反射阵设计的天线比较笨重，结构剖面高、尺寸大，且很难与平面电路相集成。方案二为了实现特殊方向图，往往各端口功率分配比没有规律，其馈电网络往往使用了大量了非对称结构，不仅设计上非常复杂，而且非对称结构对于加工误差容忍度较低，使得加工的天线测试结果与仿真结果相差较大。

综上，目前没有任何一种天线能够支持毫米波合成孔径雷达的余割赋形应用，同时满足低剖面、易于与平面电路集成，馈电网络简单加工、可靠性较高等特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种波束赋形概念能够满足对于合成孔径雷达应用的余割赋形要求。在相同雷达散射截面情况下，能够实现对于目标视场内不同距离的目标接收回波功率大致相等，从而有效提升了发射能量的利用效率

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种波束赋形天线结构，其特征在于：天线阵的水平面方向图在雷达目标视场角度内满足余割四次方公式要求，即：其中θ₀为余割覆盖区域起始角度，θ₁为雷达需要覆盖的角度范围，θ₂为覆盖区域中心线与水平方向所成夹角。

一种波束赋形天线阵列结构，包括线阵辐射单元和基片集成波导馈电网络，所述基片集成波导馈电网络包括一路分多路基片集成波导功率分配器以及基片集成波导延迟线，馈电网络各输出端与线阵辐射单元的输入端相连。