阅读说明：本技术 辐射线阵及其设计方法 (Radiation line array and design method thereof ) 是由 罗小平 袁海平 曾峰 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种辐射线阵及其设计方法,所述辐射线阵设置于介质基板的正面且与功率分配器的输出端对应连接而由功率分配器馈电,辐射线阵包括位于中部且与所述功率分配器的输出端相连的外接端以及多个呈线性排列且对称地设置于所述外接端两侧的阵元,各阵元的形状和尺寸均相同,每个阵元靠外接端的一侧还连接有阻抗变换段,每个阵元的远离外接端的一侧通过馈线连接至远离外接端一侧相邻接的阵元所连接的阻抗变换段上,邻接所述外接端的阵元所连接的阻抗变换段连接至所述外接端,各个阻抗变换段的面积自辐射线阵的中部对称地向两端逐级递增。本实施例保证阵元的有效辐射面积,同时减小辐射线阵的占用面积,利于产品的小型化。(The embodiment of the invention provides a radiation linear array and a design method thereof, wherein the radiation linear array is arranged on the front surface of a medium substrate and correspondingly connected with the output end of a power distributor and fed by the power distributor, the radiation linear array comprises an external connection end which is positioned in the middle and connected with the output end of the power distributor and a plurality of array elements which are linearly arranged and symmetrically arranged on the two sides of the external connection end, the shapes and the sizes of the array elements are the same, one side of each array element close to the external connection end is also connected with an impedance transformation section, one side of each array element far away from the external connection end is connected to the impedance transformation section connected with the adjacent array element far away from the external connection end through a feeder, the impedance transformation section connected with the array element adjacent to the external connection end is connected to the external connection end, and the area of each impedance transformation section is symmetrically increased from the middle part. The effective radiation area of array element is guaranteed to this embodiment, reduces the area occupied of radiation linear array simultaneously, does benefit to the miniaturization of product.)

辐射线阵及其设计方法

技术领域

本发明实施例涉及微带阵列天线技术领域，特别是涉及一种辐射线阵及其设计方法。

背景技术

微带阵列天线通常包括辐射线阵以及为每条辐射线阵馈电的功率分配器，每条辐射线阵包括多个阵元以及连接各个阵元的馈线。

现有的辐射线阵为实现各个阵元有效的电流加权赋值，从而控制微带阵列天线的旁瓣电平，尤其是对第一旁瓣电平的抑制。在天线设计时主要两种方案，其中，第一种是通过将多个形状和尺寸相同的阵元设置于馈线的同一侧与馈线相连，再通过调整各个阵元与馈线连接处的匹配节的尺寸实现电流加权赋值，但是，这种方案增加了辐射线阵的尺寸，不利于产品的小型化；第二种是直接将多个阵元通过馈线相互串接，再通过调整各个阵元的尺寸从而实现电流加权赋值，然而，这种方案减小了阵元的有效辐射面积，整体天线的增益也会有所降低。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种辐射线阵，尺寸小，也能有效的提高有效辐射面积。

本发明实施例进一步所要解决的技术问题在于，提供一种辐射线阵的设计方法，能有效的提高设计效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用以下技术方案：一种辐射线阵，设置于介质基板的正面且与功率分配器的输出端对应连接而由功率分配器馈电，所述辐射线阵包括位于中部且与所述功率分配器的输出端相连的外接端以及多个呈线性排列且对称地设置于所述外接端两侧的阵元，各阵元的形状和尺寸均相同，每个阵元靠外接端的一侧还连接有阻抗变换段，每个阵元的远离外接端的一侧通过馈线连接至远离外接端一侧相邻接的阵元所连接的阻抗变换段上，邻接所述外接端的阵元所连接的阻抗变换段连接至所述外接端，各个阻抗变换段的面积自辐射线阵的中部对称地向两端逐级递增。

进一步的，各个阻抗变换段的面积按切比雪夫或泰勒分布方式自辐射线阵的中部对称地向两末梢端逐级递增。

进一步的，各个阻抗变换段的长度均为四分之一波长。

进一步的，各条所述馈线长度均相等。

进一步的，所述阵元为偶数个，所述辐射线阵的中部设置有巴伦作为所述外接端，邻接所述外接端的阵元所连接的阻抗变换段的末梢端分别连接至所述巴伦的两个输出端，所述巴伦的输入端连接至所述功率分配器的输出端。

另一方面，为解决上述进一步的技术问题，本发明实施例提供一种基于上述任一项所述的辐射线阵的设计方法，包括以下步骤：

根据待设计辐射线阵的预定参数指标，建立阵元模型；

对阵元模型进行仿真优化确定阵元的第一尺寸，将各阵元呈线性排列；

在阵元模型中的阵元一侧连接馈线初步建立微带线等效模型，再在所述阵元模型的馈线和阵元之间添加阻抗变换段建立线阵天线传输线等效模型；

确定待设计辐射线阵所包含的阵元的数量、天线波束赋型方法以及微带串馈天线控制电流激励方法；

计算获得各个阵元电流赋值分布；

借助电磁传真工具计算获得各个阵元和阻抗变换段的第二尺寸；

结合第一尺寸和第二尺寸分别建立辐射线阵模型，并进行仿真运算，根据仿真运算的结果优化修正第一尺寸和第二尺寸，获得阵元和阻抗变换段的第三尺寸；以及

对仿真运算获得的辐射线阵的工作特性参数满足预定参数指标时，将所获得的第三尺寸作为最终定型尺寸。

进一步的，所述天线波束赋型方法为切比雪夫法或泰勒综合法。

进一步的，所述微带串馈天线控制电流激励方法为四分之一波长阻抗变换法。

进一步的，所述建立阵元模型具体是指确定待设计辐射线阵所包含的各个阵元的形状和初步尺寸。

进一步的，所述工作特性参数至少包括工作频率、副瓣电平、增益、驻波比及波瓣宽度。

采用上述技术方案后，本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明实施例将每个阵元靠外接端的一侧还连接有阻抗变换段，每个阵元的远离外接端的一侧通过馈线连接至远离外接端一侧相邻接的阵元所连接的阻抗变换段，各个阻抗变换段的面积自辐射线阵的中部对称地向两端逐级递增，通过改变各个阻抗变换段面积对阻抗进行调整，实现了对各个阵元的电流赋值加权，而且阵元的形状和尺寸均相同，保证了阵元的有效辐射面积；又将阵元呈线性排列且对称地设置于外接端的两侧，减小了辐射线阵的占用面积，利于产品的小型化。

附图说明

图1为本发明辐射线阵一个可选实施例的结构示意图。

图2为本发明辐射线阵一个可选实施例的在24.125GHz频率下的辐射方向图。

图3为本发明辐射线阵的设计方法一个可选实施例的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

如图1所示，本发明一个可选实施例提供一种辐射线阵1，设置于介质基板3的正面且与功率分配器5的输出端对应连接而由功率分配器5馈电，所述辐射线阵1包括位于中部且与所述功率分配器5的输出端相连的外接端10以及多个呈线性排列且对称地设置于所述外接端10两侧的阵元12，各阵元12的形状和尺寸均相同，每个阵元12靠外接端10的一侧还连接有阻抗变换段14，每个阵元12的远离外接端10的一侧通过馈线16连接至远离外接端10一侧相邻接的阵元12所连接的阻抗变换段14上，邻接所述外接端10的阵元12所连接的阻抗变换段14连接至所述外接端10，各个阻抗变换段14的面积自辐射线阵1的中部对称地向两端逐级递增。

本发明实施例将每个阵元12靠外接端10的一侧还连接有阻抗变换段14，每个阵元12的远离外接端10的一侧通过馈线16连接至远离外接端10一侧相邻接的阵元12所连接的阻抗变换段14，各个阻抗变换段14的面积自辐射线阵1的中部对称地向两端逐级递增，通过改变各个阻抗变换段14面积对阻抗进行调整，实现了对各个阵元12的电流赋值加权，而且阵元12的形状和尺寸均相同，保证了阵元12的有效辐射面积；又将阵元12呈线性排列且对称地设置于外接端10的两侧，减小了辐射线阵1的占用面积，利于产品的小型化。

在本发明一个可选实施例中，各个阻抗变换段14的面积按切比雪夫或泰勒分布方式自辐射线阵1的中部对称地向两末梢端逐级递增。本实施例采用各个阻抗变换段14的面积按切比雪夫或泰勒分布方式自辐射线阵1的中部对称地向两末梢端逐级递增，可有效实现辐射线阵1较低的副瓣电平，从而获得超低副瓣电平的天线方向图。

在本发明又一个可选实施例中，各个阻抗变换段14的长度均为四分之一波长。本发明实施例将各个阻抗变换段14的长度均为四分之一波长，仅通过调整阻抗变换段14的宽度实现对各个阵元12的电流赋值加权，结构更加简单，设计也更方便。

在本发明另一个可选实施例中，各条所述馈线16长度均相等。本实施例将各条所述馈线16长度设置为相等，整体辐射线阵1的结构简单，而且只需通过宽度较窄而长度都相同的馈线16即可实现对各个阵元10的馈电。

在本发明再一个可选实施例中，所述阵元12为偶数个，所述辐射线阵1的中部设置有巴伦作为所述外接端10，邻接所述外接端10的阵元12所连接的阻抗变换段14的末梢端分别连接至所述巴伦10的两个输出端，所述巴伦10的输入端连接至所述功率分配器5的输出端。本发明实施例阵元12采用偶数个，从而通过巴伦10将位于辐射线阵1中部的两个阻抗变换段14末梢端连接，实现180度的相位差，平衡了相位，再通过巴伦10的输入端连接至所述功率分配器5的输出端，有效对辐射线阵1进行馈电。如图1的实施例中，辐射线阵1共包括八个阵元12，对该辐射线阵1仿真后获得的辐射方向图如图2所示。

另一方面，如图3所示，本发明实施例提供一种辐射线阵的设计方法，包括以下步骤：

S1：根据待设计辐射线阵的预定参数指标，建立阵元模型；

S2：对阵元模型进行仿真优化确定阵元12的第一尺寸，将各阵元12呈线性排列；

S3：在阵元模型中的阵元12一侧连接馈线16初步建立微带线等效模型，再在所述阵元模型的馈线16和阵元12之间添加阻抗变换段14建立线阵天线传输线等效模型；

S4：确定待设计辐射线阵所包含的阵元12的数量、天线波束赋型方法以及微带串馈天线控制电流激励方法；

S5：计算获得各个阵元12电流赋值分布；

S6：借助电磁传真工具计算获得各个阵元12和阻抗变换段14的第二尺寸；

S7：结合第一尺寸和第二尺寸分别建立辐射线阵模型，并进行仿真运算，根据仿真运算的结果优化修正第一尺寸和第二尺寸，获得阵元12和阻抗变换段14的第三尺寸；以及

S8：当仿真运算获得的辐射线阵的工作特性参数满足预定参数指标时，将所获得的第三尺寸作为最终定型尺寸。

本发明实施例通过上述方法，通过根据待设计辐射线阵的预定参数指标，建立阵元模型，对阵元模型进行的仿真优化确定阵元12的第一尺寸，在阵元模型的阵元12一侧添加馈线16初步建立微带线等效模型，再在阵元模型的馈线16和阵元12间添加阻抗变换段14确定线阵天线传输线等效模型，逐步的建立辐射线阵1的基础模型，确定待设计辐射线阵1所包含的阵元12的数量、天线波束赋型方法以及微带串馈天线控制电流激励方法，计算获得各个阵元12电流赋值分布，借助电磁传真工具计算获得各个阵元12和阻抗变换段14的第二尺寸，结合第一尺寸和第二尺寸分别建立辐射线阵模型，并进行仿真运算，优化第一尺寸和第二尺寸，获得阵元12和阻抗变换段14的第三尺寸，最后当仿真运算获得的辐射线阵的工作特性参数满足预定参数指标时，将所获得的第三尺寸作为最终定型尺寸，设计过程简单，步骤清晰，能有效的提高设计效率。另外，可以理解的是，上述方法的实施在仿真软件(例如：MATLAB)中进行。

在本发明一个可选实施例中，所述天线波束赋型方法为切比雪夫法或泰勒综合法。本实施例采用切比雪夫法或泰勒综合法作为天线波束赋型方法，可有效实现辐射线阵1较低的副瓣电平，从而获得超低副瓣电平的天线方向图。

在本发明又一个可选实施例中，所述微带串馈天线控制电流激励方法为四分之一波长阻抗变换法。本发明实施例采用四分之一波长阻抗变换法作为微带串馈天线控制电流激励方法，将各个阻抗变化段14的长度均为四分之一波长，仅通过调整阻抗变化段14的宽度实现对各个阵元12的电流赋值加权，结构更加简单，设计也更方便。

在本发明另一个可选实施例中，所述建立阵元模型具体是指确定待设计辐射线阵所包含的各个阵元12的形状和初步尺寸。本实施例在通过首先初步的确定各个阵元12的形状和初步尺寸，设计思路更加明确，可有效提高设计效率。

在本发明再一个可选实施例中，所述工作特性参数至少包括工作频率、副瓣电平、增益、驻波比及波瓣宽度。本实施例在具体设计辐射线阵1时，考虑上述各个工作特性参数，设计目的更强，设计效率也更高，设计完成后可满足预定的工作需求。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。