[发明专利]定向多极化宽带天线网络

说明书

本发明涉及用于多极化宽带天线的阵列的体系结构。它适用于包括甚高频VHF(从30MHz到300MHz)、超高频UHF(从300MHz到3GHz)和极高频SHF(从3G MHz到30GHz)的频率范围。

它被用在测向天线领域中。在测向领域中这种定向多极化非常宽带天线阵列通过使用适当的测向处理操作使得处理各种极化的信号而不与载体相互作用成为可能。在实践中，在某种安装配置中，定向天线的使用支持相对于载体结构的独立性。例如，在海用测向领域中，由于本发明中天线阵列的定向辐射特性，可以将它放置在船的桅杆上的任何地方，而不会受后者影响。

集成测向天线时碰到的主要问题之一是用来保持单个天线的机械结构的选择以及在载体结构上整个天线系统的定位。在实践中，这种放置是需要从全局上加以考虑的，因为天线阵列不能受到用于固定的结构的影响。在多极化领域，这个问题尤其严重。

例如，在海用测向这种情况下，天线定位的选择至关重要同时又因为许多船上设备(例如雷达、通信发射机、导航系统等)而受到了限制。而由多个定向天线组成的天线系统放置起来则要容易得多，例如围绕桅杆放置。由于其定向辐射特性，这种天线的性能水平不会因载体结构而下降。

在无线电测向领域，现有的大多数天线系统只能工作于垂直极化模式。在刚过去的两年里，出现了新的天线系统设计，通过使用适当的测向处理操作，这种新的天线系统先验地(a priori)使得对垂直极化信号和水平极化信号单独或同时进行测向成为可能。这些新的系统使用具有环型或偶极子型的全向方位射频覆盖的单个天线。

显然(notably)，由垂直极化和水平极化全向天线组成的测向天线系统的主要缺点为：

·它们的性能水平取决于用于固定单个天线的机械结构和/或整个天线系统的载体结构，并且与信号的极化有关。

·为了获得最优的性能水平，并且将用于固定单个天线的机械结构和/或整个天线系统的载体结构产生的影响考虑在内，针对载体结构的校准步骤必不可少。在一些情况下，进行校准需要大量的资源，这会导致很高的集成成本，或者导致技术实现成为不可能。

对于多极化应用，目前有各种类型的定向单个天线。在所谓的“宽带”应用这种情形中，使用了具有线极化或双圆极化的螺旋型天线。在欧洲专利EP 0 198 578中描述了一个示例性天线。这个专利公开了一种具有双圆极化的天线，这种天线包括N个相同的天线分支，具有盘曲的整体形状，从公共中心轴向外延伸，并且在表面上以360°/N的间隔绕中心轴对称排列。每个天线分支包括按照对数周期或准对数周期方式排列的弯曲、直线和曲线构成的若干单元(cell)，使得每个单元都插入相邻天线分支的相邻单元之间，而不与这些相邻单元接触。这个专利给出的技术启示主要是采用单个定向天线和所述天线的各个实施例。它没有描述如何将多个天线联系起来以便进行多极化测向或者要使用的处理类型。还有，这个专利描述了利用包含电磁吸收材料的空腔来使天线变成定向天线。

本发明的天线体系结构或天线阵列依赖于按照选定结构排列并且匹配到载体结构以便获得给定方位射频覆盖(例如在360°上)的多个单个天线与是定向的或者通过适当的单元(elements)成为定向的天线之间的联系。本发明还可以被用于需要较小角度覆盖(例如在180°上)的情形，并且被用于360°覆盖不是强制性的探测系统。

还有，取决于载体的类型，所使用的天线处理操作可能改变，并且匹配到应用所瞄准的性能水平。

本发明涉及工作于选定频带的定向多极化宽带天线阵列，其特征在于它至少包括：

·N个多股互补的盘曲螺旋型基本传感器，按照一种结构排列，从而使得获得给定的方位覆盖成为可能；

·这N个传感器中的每一个包括通过绝缘支杆E固定到天线的反射面；

·这N个传感器中的每一个包括适合于所述阵列的工作频带的匹配单元；

·这N个传感器中的每一个包括针对垂直极化信号和针对水平极化信号的分开的输出通道；

·适合于执行测向算法的装置，该算法使用所述信号的幅度和相位并且匹配到阵列的配置。

根据一个实施例，这种天线阵列包括

·使得将具有一种极化并且是同一极化的信号一起编组成为可能的机制，一方面，这些信号是来自各个基本传感器的垂直极化信号，另一方面，这些信号是来自各个基本传感器的水平极化信号；

·适合于执行测向算法的装置，该算法使用所述编成一组的信号的幅度和相位并且匹配到阵列的配置。

例如，方位射频覆盖为大约360°，并且可能取决于在上面排列天线阵的载体。