[发明专利]一种基于龙伯透镜阵列的低剖面阵列天线

说明书

本发明提供一种基于龙伯透镜阵列的低剖面阵列天线，包括m个龙伯透镜、收发组件；m个龙伯透镜排列在同一水平面上；龙伯透镜包括龙伯透镜单元及固定于龙伯透镜单元表面的天线阵列,不同龙伯球透镜单元上指向角相同的天线单元为相同位置的天线单元；所述收发组件包括接收模块和发射模块；n个天线单元接收到n路信号；所述接收模块从n路信号中选择若干路信号，并将若干路信号合成一路信号输出给发射模块；所述发射模块将该路信号经过处理后实现多路信号输出。优点为：通过在单个龙伯透镜单元表面排布天线阵列，对每个龙伯透镜单元表面的天线阵列中的相同位置天线单元顺序馈电即可实现大角度波束扫描，降低了天线馈电网络的复杂度和设计难度。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体来说是一种基于龙伯透镜阵列的低剖面阵列天线。

背景技术

阵列天线的波束扫描范围是其重要的性能指标。2005年，由ConstantineA.Balanis编写，美国新泽西约翰威利出版公司(John WileySons,Inc.,Hoboken,NewJersey)出版的《天线理论：分析和设计》(Constantine A.Balanis，Antenna Theory:Analysis and Design，John WileySons,Inc.,Hoboken,New Jersey:2005,Page(s):283-384)介绍了传统平面相控阵的特性和设计方法。传统的平面相控阵天线在扫描至较大角度时，由于天线阵列等效口径减小，会导致阵列辐射方向图增益降低，副瓣升高，其扫描角度通常不超过±40°，其有限的扫描角度限制了其应用。

1964年，由R.K.Luneburg编写，美国洛杉矶加利福尼亚大学出版社(Universityof California Press,Los Angeles,CA)出版的《光学的数学理论》(R.K.Luneburg，Mathematical Theory of Optics，University of California Press,Los Angeles,CA:1964)介绍了龙伯透镜(Luneburg lens)的结构和特性。龙伯透镜是一种球梯度折射率透镜，具有将沿任意方向入射的平面波聚焦于其表面一点，或使其表面馈源实现高定向性辐射的特性。将阵列天线单元置于龙伯透镜表面，可用于发射或接收来自各个方向的平面波束，且可以保证各个方向的波束具有相同的形状和增益，因此可用于实现大角度波束扫描。但龙伯透镜的球形结构导致这种阵列天线的剖面高度大于透镜直径，体积和重量较大，难以适用于对天线剖面高度和体积重量有严格限制的场合。

2000年，A.J.Parfitt等人在美国电子电气工程师协会主办的天线与传播国际会议上发表了“利用龙伯透镜作为射电望远镜单元”的论文(A.J.Parfitt,J.S.Kot andG.L.James,“The Luneburg lens as a radio telescope element”,IEEE Antennas andPropagation Society International Symposium,2000)。文章中提出利用多个具有较小直径的龙伯透镜组成阵列的设想，其剖面高度和体积重量均小于与透镜阵列口径面积相同的单个龙伯透镜。但文章中并未指出应以何种方式对上述龙伯透镜阵列馈电以实现大角度波束扫描。

上述文献表明，传统的相控阵天线波束扫描范围有限；基于单个龙伯透镜的阵列天线可实现大角度波束扫描，但剖面高度和体积重量均较大；由多个龙伯透镜单元组成的透镜阵列具有较低的剖面高度和体积重量，但其如何实现大角度波束扫描尚无相关报道。

目前尚无基于龙伯透镜阵列实现的、具有大角度扫描和通信功能的阵列天线的报道。

基于龙伯透镜阵列实现的、具有大角度扫描和通信功能的阵列天线，可以结合相控阵原理，实现波束合成和角度扫描。一个龙伯球下面的多个天线单元的方案，如采用一般的相控阵方案，即一个天线单元连接一路TR组件，需要的成本高体积和功耗大，限制了试用的场景。针对一个龙伯球下面的多个天线单元的方案，提出一种适合的TR组件组装架构，便于实现多波束并且便于裁剪，以降低成本、体积和功耗。