[发明专利]一种小阵列馈电的波束赋形透射阵天线

说明书

本发明公开了一种小阵列馈电的波束赋形透射阵天线，该天线包括一个透射阵面和一个馈电小阵列；所述透射阵面，按常规的聚焦透射阵设计理论进行设计，即根据焦距设计相位分布，使在位于焦点的馈源照射下，透射阵面的输出为等相面，产生笔状波束；所述馈电小阵列，位于透射阵面的焦平面处，由M×N个天线单元构成，照射到透射阵面后，产生M×N个偏焦扫描波束；使用适当幅度权重同时激励馈电小阵列中的每个天线单元，即可产生所需要的波束。本发明与现有的波束赋形透射阵天线综合技术相比，具有灵活的波束赋形能力，适用于任意形状波束的设计，且设计得到的波束具有主瓣增益波纹小、副瓣电平低等优势。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别是一种小阵列馈电的波束赋形透射阵天线。

背景技术

波束赋形是一项重要的天线技术，在无线通信、探测等领域中有广泛的应用需求。实现波束赋形的方法一般有三种。第一种方法是阵列天线，通过使用特定的幅度和相位分布激励天线单元实现所需要的波束赋形，但是这种方法往往需要复杂的馈电网络。第二种方法是仅相位综合的反射阵/透射阵天线，通过设计每个反射/透射单元的相位，在反射/透射表面产生辐射目标波束所需要的相位分布。仅相位方法难以实现高性能的波束赋形，如低的副瓣电平、小的主瓣波纹、陡峭的过渡区域等。第三种方法是幅相均可设计的反射阵/透射阵天线，通过控制部分电磁波反射/透射或者通过控制部分电磁波转换到需要的极化，引入反射/透射表面的幅度调制，从而实现性能好的波束赋形。但是，幅度的控制会造成高的后瓣电平或者高的交叉极化，导致增益和效率下降严重。

综上所述，高性能波束赋形天线的设计方案仍待探索。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小阵列馈电的新型波束赋形透射阵天线，设计得到的波束具有主瓣增益波纹小、副瓣电平低的优点；且具有灵活的波束赋形能力，适用于任意形状波束的设计。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种小阵列馈电的波束赋形透射阵天线，所述天线包括一个透射阵面和一个馈电小阵列；

所述透射阵面，按常规的聚焦透射阵设计理论进行设计，即根据焦距设计相位分布；在位于焦点的馈源照射下，透射阵面的输出为等相面，产生笔状波束；

所述馈电小阵列，位于透射阵面的焦平面处，包括M×N个天线单元，照射到透射阵面后，产生M×N个偏焦扫描波束。

进一步地，所述馈电小阵列，其中的M×N个天线单元通过具有一定幅相的功分器进行馈电，产生预期的赋形方向图；天线单元的幅度权重由以下公式计算得到：

c＝(a₁,a₂,...,a_M)^T(b₁,b₂,...,b_N)

其中，

a_i＝F_x(θ＝θ_xi,0°),i＝1,2,...,M

b_j＝F_y(θ＝θ_yj,90°),j＝1,2,...,N

式中，c为馈电小阵列中天线单元的幅度权重矩阵，为二维目标方向图，

F_x(θ,0°)和F_y(θ,90°)分别为xoz和yoz平面上的目标方向图，(θ_x1,θ_x2,...,θ_xM)、(θ_y1,θ_y2,...,θ_yN)分别为xoz和yoz平面上的M和N个偏焦扫描波束的扫描角度。

进一步地，所述馈电小阵列，x轴或y轴方向单元的个数M或N通过以下公式计算得到：