[发明专利]一种高增益低旁瓣窄波束的心形阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种高增益、低旁瓣、窄波束的心形阵列天线。

背景技术

当前，无线通信系统的迅猛发展对天线的要求越来越高。如雷达天线，一般要求方向性强、增益高、旁瓣电平低、波束窄，波束可以实现电扫描以及其他一些特殊指标，单个天线往往达不到预定要求，这就需要多个天线联合起来工作，构成阵列天线，共同实现预定的指标。阵列天线是现代雷达和通信系统中常用的一种天线形式。

在阵列天线的设计中，增益、旁瓣电平和波束宽度是重要的性能指标。增益高则直接增加作用距离；而旁瓣电平的高低则直接影响天线的辐射性能，旁瓣电平高将导致能量分散，增益下降以及目标定位的判断错误等；波束过宽不但会影响雷达系统对信号的方位估计、分辨率、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。

常规的阵列天线，旁瓣电平大约为-13.5dB。在阵列综合中，通常采用切比雪夫综合法、泰勒综合法等方法来控制副瓣电平，但这种设计方法无疑增加了馈电系统的复杂度。

此外，阵列天线主瓣宽度基本上和阵列长度成反比，为了使天线阵列保持一定的主瓣宽度和方向性系数，在单元间距受限制的条件下，势必要增加单元数目。这样不但不经济，还使馈电系统更复杂。因此如何能既不增加单元数目，又保持天线阵的辐射性能是天线阵列设计的难点。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：如何在单元间距受限制且在不增加单元数目的情况下，保持天线阵的辐射性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高增益、低旁瓣、窄波束的心形阵列天线，其特征在于，包括阵元，其阵列排布采用三角栅格排列，阵列的左上角开始标记为（0，0），（m，n）即为第m行、第n列交叉处的栅格点，所述阵元设置在m+n为奇数的栅格点上，从阵列第二行开始，每行的阵元数目依次减少，最终形成心形结构。

在本发明中，所述阵元为以LTCC集成的喇叭天线单元,所述喇叭天线单元共16层，其中介质层8层，金属层8层，每一层对应的辐射口径逐渐增大，形成喇叭状，同时辐射腔体周围的金属柱有效地抑制了表面波向外辐射，从而克服了在高频段上介质与导体的高损耗对天线增益的影响，有效地提高了天线增益。

在本发明中，当所有阵元等幅激励时，该阵列对应的阵因子为:

其中，Imn=1,m+n=oddImn=0,m+n=even,]]>α_mn为I_mn与起始单元电流I₀₀的相位差，dx为阵元横向间距，dy为阵元纵向间距。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

一、由于本发明采用心形阵列排布，可提高阵列的方向性系数，实现阵列的高增益、低旁瓣、窄波束（表征为E面和H面3dB波瓣宽度的乘积）特性，从而提高天线阵的作用距离和分辨率；

二、以LTCC集成的喇叭天线作为辐射单元，突破传统喇叭天线的尺寸，具有超低剖面和极小外形；

三、将天线的金属导体依照设计印在每一层LTCC介质层上，达到了隐藏天线设计布局的目的，同时提高了天线的稳定性；

四、采用LTCC封装工艺，使之更好地同特定功能的有源电路进行系统封装集成，形成紧凑的模块化设计，并进一步有效解决电磁兼容问题。

附图说明

图1本发明提供的心形阵列结构示意图。

图2本发明实施例提供的阵元结构示意图。

图3本发明实施例提供的阵列天线结构示意图。

图4本发明实施例中阵列天线的反射系数仿真曲线图。