[发明专利]基于阶梯阵列的一维圆柱面共形Van Atta回溯阵

说明书

本发明公开了一种基于阶梯阵列的一维圆柱面共形Van Atta回溯阵，包括一维阶梯阵、构成阶梯阵的天线单元、设置在天线单元底部的射频馈电端口，以及连接成对天线单元的馈线组；所述阶梯阵列的各单元口面辐射中心点连线符合圆柱面截线包络；所述天线单元构成上述阶梯阵，单元本身可为Vivaldi天线、微带天线、振子天线等天线形式；所述射频馈电端口必须位于天线单元底部且安装上互不冲突；所述馈线组为可实现共形阵相位补偿的多条不等长馈线。本发明可实现与圆柱面共形安装，且能完成宽角范围内方向回溯的Van Atta阵列。

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，特别是一种基于阶梯阵列的一维圆柱面共形VanAtta回溯阵。

背景技术

方向回溯天线阵列，也经常简称为自回溯阵，是一种可实现波束自动跟踪的天线阵列。该阵列能将接收到的入射波能量按其来波方向自动回溯回去，而无需关于来波信号的任何先验知识或进行复杂的数字信号处理。相对于需要大量数字、射频组件的相控阵，自回溯阵电路简单，且可实现实时波束跟踪。这些特点使得其在通信、雷达、射频识别、功率传输等领域中都有着广阔的应用前景。

为实现对来波的方向回溯，阵列中各天线单元接收到入射信号后，其再发射信号的相位必须翻转为入射信号相位的相反数，这就是所谓的“相位共轭”条件。

根据实现相位共轭的方法，方向回溯阵列可分为两种基本类型，一类称为VanAtta阵，它通过等长传输线连接阵列中位置对称的成对天线单元实现相位共轭，电路结构相对简单，但只适用于直线阵(一维)或平面阵(二维)；另一类称为Pon阵，它通过每一阵元后接专用的相位共轭器，通常由混频器、倍频器、环流器等多部件构成，可实现各天线单元独立的相位共轭，无需天线单元成对匹配，其电路复杂度超过Van Atta阵，但易于实现与安装表面共形。

到目前为止，尚未有任何关于曲面阵列采用Van Atta阵的基本原理或方法实现方向回溯的文献或资料发表。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于阶梯阵列的一维圆柱面共形Van Atta回溯阵，基于Van Atta回溯阵的基本概念，使用最简洁的馈线相连方法，既实现了曲面共形回溯阵，又避免了使用Pon阵中复杂昂贵的器件。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于阶梯阵列的一维圆柱面共形VanAtta回溯阵，包括阶梯阵列及构成阶梯阵列的天线单元、设置在天线单元底部的射频馈电端口、以及接在射频馈电端口上连接成对天线单元的不等长馈线组。

进一步的，所述构成阶梯阵列的天线单元的口面辐射中心点连线符合圆柱面截线包络。

进一步的，在所要求的回溯角范围内，构成阶梯阵列的每个天线单元，其口面辐射中心点都要能被最大回溯角方向上的来波直接照射到，不能被其相邻天线单元遮挡。

进一步的，所述天线单元的馈电位置必须位于其辐射口面的相对面，而非侧面，即天线单元应从底部馈电。

进一步的，所述天线单元的横向尺寸，也即阵元间距，在所要求的最大回溯角上保证阵列方向图不出现栅瓣。

进一步的，所述射频馈电端口的法兰安装尺寸及位置不应超过天线单元的横向尺寸。

进一步的，为实现对阶梯阵列空间波程差的补偿，连接天线单元的馈线组中的各条馈线不能等长，其长度差引起的馈线内波程差应在回溯角范围内补偿天线单元阶梯状排列引起的空间波程差。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明相对于仅适用于直线阵或平面阵的传统Van Atta阵，它可实现回溯阵在圆柱面上的共形安装；2)相对于可实现曲面安装的Pon阵，它无需各阵元后都需安装的由复杂电路构成的独立相位共轭器，极大地简化了曲面回溯阵的复杂度，降低了成本。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明