一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵及其设计方法与流程

1.本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵及其设计方法。


背景技术：

2.卫星通信一般对天线的交叉极化要求比较高，以降低对临近卫星的干扰。微带天线阵由于其小型化，轻型化，易于与其它微波元器件进行集成而越来越受用户的欢迎。但微带天线的缺点交叉极化差，即使是对于微带缝隙天线而言，虽然单个阵元的交叉极化很好，可以实现-30db以下，但是组成阵列天线时，由于单元之间的互耦，交叉极化会急剧恶化，而且单元数越多，恶化越严重。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵及其设计方法。
4.为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵，包括n*n个天线阵元，每个所述天线阵元包括四个天线单元，四个所述天线单元呈2*2行列式形式排布，且四个所述天线单元均同向馈电；呈2*2行列式形式排布的任意相邻的四个所述天线阵元中，沿竖直方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相同，且竖直馈电方向相反，沿水平方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相反，且竖直馈电方向相同。
5.作为本发明所述采用不同馈电方式的双频微带天线阵的一种优选方案，其中：任意相邻的两个所述天线阵元中，相邻两个所述天线单元的中心距离为天线设计的最高频率所对应波长的1.2~1.25倍。
6.作为本发明所述采用不同馈电方式的双频微带天线阵的一种优选方案，其中：位于天线阵元周边的所述天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率。
7.作为本发明所述采用不同馈电方式的双频微带天线阵的一种优选方案，其中：位于天线阵元周边的所述天线单元的功率与位于天线阵元内部的所述天线单元的功率之差为0.5 dbw。
8.本发明还提供了一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法，包括：建立天线阵，所述天线阵包括n*n个天线阵元，每个所述天线阵元包括四个天线单元，四个所述天线单元呈2*2行列式形式排布，且四个所述天线单元均同向馈电，呈2*2行列式形式排布的任意相邻的四个所述天线阵元中，沿竖直方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相同，且竖直馈电方向相反，沿水平方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相反，且竖直馈电方向相同；调整所述天线阵的稀疏度，使天线的增益最优；
采用反幅度加权，使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率。
9.作为本发明所述采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法的一种优选方案，其中：调整所述天线阵的稀疏度，使天线的增益最优包括：任意相邻的两个所述天线阵元中，使相邻两个所述天线单元的中心距离为天线设计的最高频率所对应波长的1.2~1.25倍。
10.作为本发明所述采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法的一种优选方案，其中：所述采用反幅度加权，使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率包括：使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率与位于天线阵元内部的所述天线单元的功率之差为0.5 dbw。
11.本发明的有益效果是：本发明将天线阵分为四种天线阵元，并进行不同的馈电，使交叉极化大大改善。同时，采用反稀疏阵和反幅度加权技术，使天线的增益方向图副瓣均匀，实现了交叉极化和增益的最优化。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
13.图1为实施例1提供的采用不同馈电方式的双频微带天线阵的示意图；图2为实施例1提供的16*16采用不同馈电方式的双频微带天线阵的增益交叉极化方向图；图3为实施例2提供的采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法中调整天线阵稀疏度的示意图；图4为天线阵中所有天线单元同向馈电的示意图；图5为所有天线单元同向馈电组成的16
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16阵元天线阵计算出来的增益交叉极化方向图；图6为天线阵中相邻天线单元反相馈电的示意图；图7为相邻天线单元反相馈电组成的16
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16阵元计算出来的增益交叉极化方向图；图8为实施例2中经过步骤s102调整后的16
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16阵元天线阵进行计算仿真得到的增益方向图；图9为实施例2中经过步骤s103调整后的16
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16阵元天线阵进行计算仿真得到的增益方向图。
实施方式
14.为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式并结合附图，对
本发明作出进一步详细的说明。
实施例
15.本技术实施例1提供了一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵。该天线阵包括n*n个天线阵元。其中，每个天线阵元包括四个天线单元，四个天线单元呈2*2行列式形式排布，且四个天线单元均同向馈电。
16.参见图1，本实施例中天线阵包括四个天线阵元，分别为第一阵元、第二阵元、第三阵元和第四阵元。每个阵元均包括四个天线单元，且每个阵元中的四个天线单元均同向馈电。以第一阵元为例，第一阵元中的四个天线单元的水平馈电方向和竖直馈电方向均相同。
17.这四个天线阵元中，对于水平馈电的方向，第一阵元与第二阵元相同，第三阵元与第四阵元相同。但是，第一阵元、第二阵元与第三阵元、第四阵元相反。对于竖直馈电的方向，第一阵元与第三阵元相同，第二阵元与第四阵元相同。但是第一阵元、第三阵元与第二阵元、第四阵元相反。
18.将上述天线阵由4*4阵元扩大到16*16阵元，计算出的增益交叉极化方向图如图2所示。由图2可以看出，天线的轴向交叉极化有很大的改善，达到-35db以下，天线增益较高。但是，主波束左右副瓣很低，波束变宽严重，增益没有达到应有的水平。
19.为此，改变相邻两个天线单元之间的中心距离d，参见图3，使d满足天线设计的最高频率所对应波长的1.2~1.25倍，此时天线增益最优。以16
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16阵元为例，天线的增益在上述基础上再增加1.5db左右。
20.同时，采用反幅度加权，使位于天线阵元周边的天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率。以图1为例，位于天线阵周边一圈呈矩形排布的12个天线单元赋予较大的功率，而位于天线阵内部呈矩形排布的四个天线单元赋予较小的功率，使天线的增益继续提高。
21.在本实施例中，位于天线阵元周边的天线单元的功率与位于天线阵元内部的天线单元的功率之差为0.5 dbw。
实施例
22.本实施例提供了一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法。该设计方法包括步骤s101~步骤s103，具体步骤说明如下：步骤s101：建立天线阵，所述天线阵包括n*n个天线阵元，每个所述天线阵元包括四个天线单元，四个所述天线单元呈2*2行列式形式排布，且四个所述天线单元均同向馈电，呈2*2行列式形式排布的任意相邻的四个所述天线阵元中，沿竖直方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相同，且竖直馈电方向相反，沿水平方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相反，且竖直馈电方向相同。
23.具体的，在对天线阵进行馈电设计时，先对所有的天线单元同向馈电，参见图4。当组成16*16阵元天线阵时，计算出来的增益交叉极化方向图如图5所示，在轴向交叉极化仅-27.5db。
24.之后采用通常的技术方案，即相邻的天线单元反相馈电，参见图6。当组成16*16阵元天线阵时，通过计算出来的增益交叉极化方向图如图7所示，由图7可以发现，轴向交叉极
化有很大改善，达到-35db以下。但是方向图副瓣分布比较差，增益比同向均匀馈电差4.5db左右，说明常规的通过反向馈电不适合这类天线。
25.本实施例将天线阵分为四个天线阵元，并进行不同的馈电，参见图1。这四个天线阵元中，对于水平馈电的方向，第一阵元与第二阵元相同，第三阵元与第四阵元相同。但是，第一阵元、第二阵元与第三阵元、第四阵元相反。对于竖直馈电的方向，第一阵元与第三阵元相同，第二阵元与第四阵元相同。但是第一阵元、第三阵元与第二阵元、第四阵元相反。
26.将天线阵由上述的4*4阵元扩大到16*16阵元，计算出的增益交叉极化方向图如图2所示。由图2可以看出，天线的轴向交叉极化有很大的改善，达到-35db以下，增益也比上述排布方式改善了2.5db以上。但是，主波束左右副瓣很低，波束变宽严重，增益没有达到应有的水平。
27.步骤s102：调整所述天线阵的稀疏度，使天线的增益最优。
28.具体的，参见图3，将第二阵元与第四阵元整体向上移动或者向下移动，改变相邻两个天线单元之间的中心距离d。当d增加时，即阵列中间稀疏，反向密度加权，天线增益有明显上升。当d满足天线设计的最高频率所对应波长的1.2~1.25倍时，天线增益最优。以16
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16阵元为例，天线的增益在上述基础上再增加1.5db左右。对于16
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16阵元进行计算仿真，得到的增益方向图如8所示。
29.步骤s103：采用反幅度加权，使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率。
30.具体的，参见图8，天线的副瓣中左右副瓣分布不均匀。因此本步骤采用反幅度加权，使位于天线阵元周边的天线单元的功率大于位于天线阵元内部的天线单元的功率，使天线的增益继续提高。
31.在本实施例中，使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率与位于天线阵元内部的天线单元的功率之差为0.5 dbw，这样天线的增益可继续提高0.5db以上。以16
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16阵元为例进行计算仿真，得到的增益方向图9所示。
32.由此，本技术的技术方案将天线阵分为四种天线阵元，并进行不同的馈电，使交叉极化大大改善。同时，采用反稀疏阵和反幅度加权技术，使天线的增益方向图副瓣均匀，实现了交叉极化和增益的最优化。
33.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

技术特征：
1.一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵，包括n*n个天线阵元，其特征在于：每个所述天线阵元包括四个天线单元，四个所述天线单元呈2*2行列式形式排布，且四个所述天线单元均同向馈电；呈2*2行列式形式排布的任意相邻的四个所述天线阵元中，沿竖直方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相同，且竖直馈电方向相反，沿水平方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相反，且竖直馈电方向相同。2.根据权利要求1所述的采用不同馈电方式的双频微带天线阵，其特征在于：任意相邻的两个所述天线阵元中，相邻两个所述天线单元的中心距离为天线设计的最高频率所对应波长的1.2~1.25倍。3.根据权利要求1所述的采用不同馈电方式的双频微带天线阵，其特征在于：位于天线阵元周边的所述天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率。4.根据权利要求3所述的采用不同馈电方式的双频微带天线阵，其特征在于：位于天线阵元周边的所述天线单元的功率与位于天线阵元内部的所述天线单元的功率之差为0.5 dbw。5.一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法，其特征在于：包括：建立天线阵，所述天线阵包括n*n个天线阵元，每个所述天线阵元包括四个天线单元，四个所述天线单元呈2*2行列式形式排布，且四个所述天线单元均同向馈电，呈2*2行列式形式排布的任意相邻的四个所述天线阵元中，沿竖直方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相同，且竖直馈电方向相反，沿水平方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相反，且竖直馈电方向相同；调整所述天线阵的稀疏度，使天线的增益最优；采用反幅度加权，使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率。6.根据权利要求5所述的采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法，其特征在于：调整所述天线阵的稀疏度，使天线的增益最优包括：任意相邻的两个所述天线阵元中，使相邻两个所述天线单元的中心距离为天线设计的最高频率所对应波长的1.2~1.25倍。7.根据权利要求5所述的采用不同馈电方式的双频微带天线阵的设计方法，其特征在于：所述采用反幅度加权，使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率大于位于天线阵元内部的所述天线单元的功率包括：使位于天线阵元周边的所述天线单元的功率与位于天线阵元内部的所述天线单元的功率之差为0.5 dbw。

技术总结
本发明公开了一种采用不同馈电方式的双频微带天线阵，涉及天线技术领域，包括N*N个天线阵元，每个所述天线阵元包括四个天线单元，四个所述天线单元呈2*2行列式形式排布，且四个所述天线单元均同向馈电；呈2*2行列式形式排布的任意相邻的四个所述天线阵元中，沿竖直方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相同，且竖直馈电方向相反，沿水平方向相邻的两个所述天线阵元的水平馈电方向相反，且竖直馈电方向相同。本发明将天线阵分为四种天线阵元，并进行不同的馈电，使交叉极化大大改善。同时，采用反稀疏阵和反幅度加权技术，使天线的增益方向图副瓣均匀，实现了交叉极化和增益的最优化。最优化。最优化。


技术研发人员：张建
受保护的技术使用者：浙江星际通微波技术有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/7/25