[发明专利]基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法

说明书

本发明提供基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法，所述天线阵结构包括预设数量的天线单元，各个天线单元包括贴片以及设置于所述贴片中心的馈电点，所述贴片的两个对角按照预设切角尺寸进行切角，所述贴片中按照预设开槽尺寸开设U型槽位；旋转角度间隔为90°的4个天线单元构成一个子阵，各个子阵在水平方向和垂直方向分布，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行90°旋转，并且每个子阵的第二排首个天线单元采用45°相位补偿。本发明提供的基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法，能够解决因大角度扫描导致轴比恶化影响天线阵性能的问题。

技术领域

本发明涉及圆极化天线阵列技术领域，具体涉及一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法。

背景技术

相控阵天线是用电子方法实现天线波束指向在空间转动或扫描的天线，越来越广泛地运用在军事、民用各个方面。相控阵天线的天线单元结构多种多样，其中微带贴片天线单元因具有体积小、质量小、平面结构薄、能与载体共形、易于实现线极化和圆极化等优点而得到广泛应用，常用于构成相控阵天线的天线单元。

由于圆极化天线能发射或接收线极化或圆极化电磁信号，而线极化天线不具备这样的特性，所以通信与侦测等应用领域常使用具有圆极化特性的相控阵天线。圆极化天线发射与接收的性能由多方面因素决定，其中圆极化天线的轴比是主要指标，通常情况下，扫描角度越大，轴比恶化越明显，因此在设计圆极化相控阵天线时，需要重点分析扫描角度较大时轴比是否能满足指标要求。

研究发现，不同的二次圆极化排列方式会导致不同的圆极化效果，大扫描角度时，轴比差别较大，目前尚未出现能够较好改善圆极化天线性能的相控阵天线结构。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构及相位补偿方法，能够解决因大角度扫描导致轴比恶化影响天线阵性能的问题。

为实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种基于空间相位补偿的圆极化天线阵结构，包括预设数量的天线单元，各个天线单元包括贴片以及设置于所述贴片中心的馈电点，所述贴片的两个对角按照预设切角尺寸进行切角，所述贴片中按照预设开槽尺寸开设U型槽位；其中，旋转角度间隔为90°的4个天线单元构成一个子阵，各个子阵在水平方向和垂直方向分布，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行90°旋转，并且每个子阵的第二排首个天线单元采用45°相位补偿。

进一步地，各个天线单元的馈电方式采用同轴馈电，并且所述预设数量的天线单元按照三角形栅格形式进行分布。

进一步地，按照下述公式确定天线单元之间的间距范围：

其中，d_x表示相邻天线单元在水平方向的间距，d_y表示相邻天线单元在垂直方向的间距，α为三角形栅格形式分布的腰与水平方向的夹角，θ_s为波束扫描角，λ_min为天线带内最小工作波长。

进一步地，按照下述公式确定天线单元的补偿相位值：

其中，phase表示天线单元的补偿相位值，λ表示天线带的工作波长，φ表示天线阵列剖面角度。

进一步地，当天线单元辐射左旋圆极化波时，在垂直方向中，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行顺时针旋转90°；当天线单元辐射右旋圆极化波时，下一排子阵中的各个天线单元相比于上一排子阵的各个天线单元分别进行逆时针旋转90°。