一种低成本的电调圆极化相控阵天线

本发明属于天线，涉及一种相控阵天线，具体地说涉及一种低成本的电调圆极化相控阵天线。

背景技术：

1、相控阵天线是一种新型天线系统，其由若干天线单元按照一定规律排列组合而成，通过调节各天线单元的辐射相位来控制天线的辐射方向，与传统在阵列天线添加机械扫描结构的机械扫描天线相比，相控阵天线的扫描速度和方向更加稳定，且具有灵活的波束赋形能力，使其在雷达技术、移动通信等领域具有广泛的应用前景。

2、相控阵天线的关键器件包括移相器和天线辐射单元，其中，移相器起到调节天线辐射单元相位的作用，但其价格高昂，导致相控阵天线存在成本高的问题。目前，为解决移相器成本高的方法主要包括以下几种：（1）采用稀疏阵列的方案，如文献《unconventionalphased array architectures and design methodologies—a review》（in proceedingsof the ieee, vol. 104, no. 3, pp. 544-560, march 2016.,p. rocca, g. oliveri,r. j. mailloux and a. massa）公开的非常规相控阵结构和设计方法，将天线单元非均匀排列组合，从而减少了天线单元的数量，进而减少了移相器的使用数量，最终降低天线成本，该方法虽然一定程度降低了成本，但牺牲了天线的整体性能。（2）使用波束形成网络，如文献《asymmetrical 4x4 butler matrix and its application for single layer 8x8butler matrix》（ in ieee transactions on antennas and propagation, vol. 67,no. 8, pp. 5372-5379, aug. 2019.,a. tajik, a. shafiei alavijeh and m.fakharzadeh）公开的技术方案，该网络可将输入端口的能量以一定幅度相位分别输出于各个端口，通过改变不同的输入端口实现移相器的功能，但该方法在波束扫描上可实现的波束数量少且存在波束形成网络的设计复杂度高的问题。

3、有鉴于此，有必要对现有技术的相控阵天线予以进一步改进。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于现有降低相控阵天线成本的方式存在天线性能不佳、设计复杂、难度大的问题，从而提出一种性能优异、设计难度低的低成本的电调圆极化相控阵天线。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

3、本发明提供一种低成本的电调圆极化相控阵天线，其包括：

4、至少2个移相器，所述至少2个移相器的输入端通过第一开关控制单元连接于所述第一功分单元；

5、至少2个天线组件，每个所述天线组件包括至少1个天线单元，所述天线单元为1个时，所述天线单元通过第二功分单元、第二开关控制单元连接于所述移相器的输出端，所述天线单元至少为2个时，所述天线单元通过第二功分单元、第三功分单元、第二开关控制单元连接于所述移相器的输出端；

6、相邻两个所述天线组件中的所述天线单元相对旋转90°设置。

7、作为优选，每个所述天线组件包括至少2个天线单元，每个所述天线组件中，相邻两个天线单元相对旋转90°设置。

8、作为优选，所述至少2个移相器通过不同长度的同轴线连接于所述第一功分单元；所述第一功分单元包括第一微带传输线，所述第一微带传输线连接有至少2个第一吸收电阻；所述移相器包括第二微带传输线，所述第二微带传输线具有开路枝节。

9、作为优选，相邻2个所述天线单元的中心间距为0.4λ0-1λ0，λ0为天线工作频率下的真空波长。

10、作为优选，还包括天线底板，所述天线底板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面连接有所述天线组件，所述第二表面连接有所述第一功分单元、所述第二功分单元、所述移相器和天线控制电路。

11、作为优选，所述天线单元包括：连接于所述第一表面的介质板，所述介质板表面连接有金属贴片，所述金属贴片上设置有馈电探针。

12、作为优选，相邻两个所述第二功分单元间具有90度夹角，每个所述第二功分单元与所述天线单元通过所述馈电探针连接。

13、作为优选， 所述第二功分单元包括微带结构，所述微带结构连接有第二吸收电阻和接地焊盘。

14、作为优选，所述第一吸收电阻、所述第二吸收电阻的阻值均为100ω。

15、作为优选，所述金属贴片为方形贴片，所述方形贴片的边长d通过如下方式计算：

16、

17、其中，为所述介质板的相对介电常数，λ0为天线工作频率下的真空波长。

18、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

19、本发明提供的低成本的电调圆极化相控阵天线，包括：第一功分单元；至少2个移相器，至少2个移相器的输入端通过第一开关控制单元连接于功分单元；至少2个天线组件，每个天线组件包括至少1个天线单元，天线单元通过第二功分单元、可选的第三功分单元、第二开关控制单元连接于移相器的输出端，相邻天线组件中的天线单元相对旋转90°设置。该相控阵天线中，通过采用开关型移相器，与传统直接采用移相器芯片的技术相比，减少了移相器的尺寸，还减少了移相器的控制管脚数量，天线整体结构紧凑且节省了成本，同时在不降低天线性能的前提下，优化了移相器输出相位，通过采用第一、第二开关控制单元，实现了开关型电调结构，此外，通过优化天线单元的排布方式，实现了天线圆极化的同时还优化了天线的整体轴比，尤其适用作rfid天线。本发明提供的低成本的电调圆极化相控阵天线，移相器包括第二微带传输线，第二微带传输线具有开路枝节，引入了开路线匹配的技术，从而保证了天线端口阻抗的匹配。

技术特征：

1.一种低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，每个所述天线组件包括至少2个天线单元，每个所述天线组件中，相邻两个天线单元相对旋转90°设置。

3.根据权利要求1或2所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，所述至少2个移相器通过不同长度的同轴线连接于所述第一功分单元；所述第一功分单元包括第一微带传输线，所述第一微带传输线连接有至少2个第一吸收电阻；所述移相器包括第二微带传输线，所述第二微带传输线具有开路枝节。

4.根据权利要求3所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，相邻2个所述天线单元的中心间距为0.4λ0-1λ0，λ0为天线工作频率下的真空波长。

5.根据权利要求4所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，还包括天线底板，所述天线底板具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面连接有所述天线组件，所述第二表面连接有所述第一功分单元、所述第二功分单元、所述移相器和天线控制电路。

6.根据权利要求5所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，所述天线单元包括：连接于所述第一表面的介质板，所述介质板表面连接有金属贴片，所述金属贴片上设置有馈电探针。

7.根据权利要求6所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，相邻两个所述第二功分单元间具有90度夹角，每个所述第二功分单元与所述天线单元通过所述馈电探针连接。

8.根据权利要求7所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于， 所述第二功分单元包括微带结构，所述微带结构连接有第二吸收电阻和接地焊盘。

9.根据权利要求8所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，所述第一吸收电阻、所述第二吸收电阻的阻值均为100ω。

10.根据权利要求9所述的低成本的电调圆极化相控阵天线，其特征在于，所述金属贴片为方形贴片，所述方形贴片的边长d通过如下公式计算：

技术总结本发明公开了一种低成本的电调圆极化相控阵天线，包括：第一功分单元；至少2个移相器、至少2个天线组件，每个天线组件包括至少1个天线单元，天线单元通过第二功分单元、可选的第三功分单元、第二开关控制单元连接于移相器的输出端，相邻天线组件中的天线单元相对旋转90°设置。该相控阵天线中，通过采用开关线型移相器，与直接采用移相器芯片相比，减少了移相器的尺寸及移相器的控制管脚数量，天线整体结构紧凑且节省了成本，在不降低天线性能的前提下，优化了移相器输出相位，通过采用第一、第二开关控制单元，实现了开关型电调结构，此外，通过优化天线单元的排布方式，实现了天线圆极化的同时还优化了天线的整体轴比，尤其适用作RFID天线。技术研发人员：周毅,张晓,杨杰,陈玉敏受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25