[发明专利]天线阵列

说明书

技术领域

本发明总体上涉及天线领域，具体地涉及一种小型超方向宽零点高频接收天线阵列，且使阵列的方向性系数在所设计的工作频率范围内基本不变。

背景技术

在高频波段(3～30MHz)由于信号的波长较长，常规的阵列设计很难实现较窄的方向图，特别是在垂直面方向。较宽的方向图不但会影响雷达系统对信号的方位估计、阵列方向性系数等指标的降低，还会使系统的抗干扰能力下降。此外，在高频波段，由于存在各类短波电台、通讯信号、大气噪声、工业干扰、电离层杂波等，致使高频波段的电磁环境非常复杂，选取合适的工作频率，且满足对干扰和杂波的抑制非常困难，特别是夜间，严重影响了雷达和通讯系统的正常工作。为使高频波段的雷达和通讯系统可在复杂的电磁环境下，全天候的正常工作，要求其接收天线具有良好的方向性，且有可控的较宽的零点方位，以实现对信号较好的接收和对干扰及杂波更好的抑制。

采用常规的阵列方法实现这一目标，会导致接收阵列的复杂度和成本的急剧上升。

发明内容

为解决上述问题，本发明根据高频波段外部噪声占优(即雷达或通讯系统所接收到的外部噪声远高于接收机内部噪声)的特点，提出了一种接收阵列设计新方法。

本发明提供了一种天线阵列，包括M个阵元，M个阵元之间的间距分别为d₁、d₂、......d_M-1，其特征在于，d_i＝d_M-i，d_i＝d_i+2，M＝2^N，其中，i为M个阵元之间的间距的序号，i＜M/2，N为正整数，以及其中，间距是由最小工作波长λ确定的，这样的设计，可提高阵列的方向性系数，提高雷达系统的威力范围，在整个应用频段内，使得方向图和方向性系数基本不变。其中，M个阵元之间的间距为等间距时，间距

其中，M个阵元之间的间距为不等间距时，间距2(d₁+…+d_M/2-1)+d_M/2≤λ，不等间距的设计与等间距的设计效果基本相同，可根据地理条件、方便程度等方面进行选择。

其中，天线阵列工作在3～30MHz的高频波段。

其中，天线阵列是端射阵列。

其中，在xyz直角坐标系中，利用以下公式选择所需形成零点的角度及移项电缆的长度：或l_i＝-(d₁+...d_i)sinθ_i，其中，为xy平面上任意矢量与x轴的夹角，θ为xy平面上任意矢量与z轴的夹角。

其中，进一步包括：一个或多个移相电缆与一个或多个合成器，其中，M个阵元中每两个阵元中的一个阵元经移相电缆连接至合成器，而另一阵元直接连接至合成器。

其中，进一步包括：多个合成器中每两个合成器中的一个合成器经多个移相电缆中的一个移相电缆连接至多个合成器中更高级的合成器，而另一个合成器直接连接至更高级的合成器。

其中，由以下公式确定阵元的个数：

其中，η₀为要求的阵列效率。

其中，M＝4，M＝2^N。

与常规阵列设计方法相比，该方法不但可以得到更窄的水平面和垂直方向图，以及较高的接收阵列的方向性系数，同时还可在水平和垂直方向的任意角度上，实现具有可控制的宽波束零点。该阵列可以较好的实现对干扰和杂波的抑制，提高系统的技术指标。此外，该阵列可以保持在所设计的工作频率范围方向图及方向性系数基本不变。该阵列为端射阵，阵列可以单独使用，也可用多个该阵列组成一个新的阵列。

附图说明

为了全面理解本公开及其优点，现在结合附图进行以下描述作为参考，其中：

图1示出了在直角坐标系下的根据本发明实施例的端射阵列的具体布置；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的4阵元阵列的天线阵列的结构布置；

图3示出了根据本发明的示例性实施例的天线阵列与传统天线阵列在相同参数下的垂直方向图的仿真比较，其中，示出了工作频率为5、6、7、8、10MHz的天线阵列的垂直方向图，以及其中，带有n的标识符是常规(normal)方法设计的结果；以及