[发明专利]基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线

说明书

本发明公开了一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，其包括可重构哈达玛矩阵电路和阵列天线，其中可重构哈达玛矩阵电路包括多个同反相耦合器以及多个开关，使多个同反相耦合器之间具有不同的连接状态，阵列天线包括多个天线单元，可重构哈达玛矩阵电路接收馈入信号并将其输出信号发送至阵列天线。本发明利用了哈达玛矩阵的特性，以及双波束扫描阵列天线能够实现双波束类型的切换扫描的特性，通过切换激励端口以及改变偏置电压实现双波束切换扫描，实现了尺寸的压缩和拓扑的简化。与基于传统波束赋形网络的多波束阵列天线相比，能够以较低的网络复杂度实现较高的波束数量、扫描效率和较大的扫描范围。本发明应用于无线通信技术领域。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线。

背景技术

多波束阵列天线能够在特定的方向上形成高增益波束，从而减少多径效应，具有抗干扰能力强、传输效率高、覆盖范围广等优点，因此在雷达、遥感、移动通信、卫星通信等无线通信系统中得以广泛应用。多波束阵列天线主要由波束赋形网络和阵列天线组成。传统波束赋形网络比如巴特勒矩阵、诺兰矩阵、布莱斯矩阵、罗曼透镜等能为天线单元提供特定幅度和相位差的信号，使阵列天线往某一个特定的方向辐射。通过切换激励波束赋形网络的输入端口，馈入阵列天线的信号相位差发生改变，从而切换波束的指向。

然而，基于传统波束赋形网络的多波束天线阵列只能实现单波束切换扫描。即激励这些波束赋形网络的某一个输入端口，馈入天线单元的信号均为等相位差，阵列天线只能产生一个指向的波束。此外，构建这些矩阵所需要的元件以及波束赋形网络的拓扑复杂度随着端口数的增加呈指数型增长。这极大地限制了多波束阵列天线的波束数量、扫描范围和扫描效率。面对这些问题，如何实现多波束阵列的双波束切换扫描，在有限的网络复杂度实现更大范围更多波束的扫描变得十分重要。

发明内容

针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线。

一方面，本发明实施例包括一种基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线，包括：包括可重构哈达玛矩阵电路和阵列天线；

所述可重构哈达玛矩阵电路包括第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器、第一开关、第二开关；所述第一同反相耦合器、第二同反相耦合器、第三同反相耦合器分别包括一个同相输入端、一个反相输入端和两个输出端；

所述第一同反相耦合器还包括一个偏置电压端，所述偏置电压端用于获取偏置电压，所述可重构哈达玛矩阵用于根据所述偏置电压的正负性工作在相应的工作状态；

所述第一开关用于将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的一个输出端与所述的第二同反相耦合器的反相输入端连接；所述第二开关用于将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的同相输入端连接，或者切换至将所述第一同反相耦合器的另一个输出端与所述的第三同反相耦合器的反相输入端连接；

所述阵列天线包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元、第四天线单元；所述第一天线单元与所述第二同反相耦合器的一个输出端连接，所述第二天线单元与所述第二同反相耦合器的另一个输出端连接，所述第三天线单元与所述第三同反相耦合器的一个输出端连接，所述第四天线单元与所述第三同反相耦合器的另一个输出端连接。

进一步地，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一介质基板和第二介质基板；

所述第一介质基板和所述第二介质基板分别包括上表面和下表面；

所述可重构哈达玛矩阵电路是以微带工艺在所述第一介质基板的上表面制作的，所述阵列天线是以微带工艺在所述第二介质基板的下表面制作的。

进一步地，所述基于可重构哈达玛矩阵的双波束扫描阵列天线还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容；