ETC電調(diào)相控陣天線(xiàn)設(shè)計(jì)參考

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1、ETC電調(diào)相控陣天線(xiàn)設(shè)計(jì)參考1．相控陣?yán)碚摲治鋈鐖D所示：A0，A1，A2，A3四個(gè)輻射源排列成一條線(xiàn)，組成了一個(gè)直線(xiàn)天線(xiàn)陣，陣元之間間隔為d。在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下，輻射信號(hào)的等相位面可以近似為平面。輻射源S1輻射信號(hào)被天線(xiàn)陣接收，由于S1到各個(gè)天線(xiàn)陣元距離相等，所以每個(gè)陣元接收輻射信號(hào)相位相同；當(dāng)輻射源位置變換到S2時(shí)，輻射源到達(dá)各個(gè)天線(xiàn)陣元的相對(duì)距離發(fā)生變化。到達(dá)A1、A2和A3的輻射信號(hào)分別比到達(dá)A0的信號(hào)多走了、、距離，換算成相位，可以理解成：輻射源發(fā)出的信號(hào)到達(dá)A1，A2和A3，分別比到達(dá)A0滯后了，，相位。由天線(xiàn)互易原理可知，當(dāng)A0，A1，A

2、2和A3四個(gè)陣元發(fā)射信號(hào)等相位時(shí)，發(fā)射信號(hào)的主瓣傳播方向垂直于天線(xiàn)陣面；當(dāng)調(diào)整每個(gè)輻射陣元的輸出信號(hào)相位，關(guān)系符合一定規(guī)律時(shí)，就可以使得天線(xiàn)主瓣方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在上圖中，不改變A0天線(xiàn)的輸出信號(hào)相位，對(duì)A1發(fā)射信號(hào)進(jìn)行移相（正向移相，使信號(hào)相位滯后），對(duì)A2發(fā)射信號(hào)進(jìn)行移相，對(duì)A3發(fā)射信號(hào)進(jìn)行移相。則由A0～A3組成的天線(xiàn)陣輻射主瓣方向向上偏移角度；若移相數(shù)值不變，符號(hào)為負(fù)，則輻射方向向下偏移。因此可以得到結(jié)論：改變天線(xiàn)各陣元輸出信號(hào)的相位，可以控制天線(xiàn)波束主瓣的指向。2．設(shè)計(jì)難度分析用于RSU的電調(diào)相控陣天線(xiàn)不同于其它相控陣掃描天線(xiàn)，具有自身的

3、特點(diǎn)：2波束掃描方向固定，只在垂直方向上變化；2波束掃描速度要求不高，非實(shí)時(shí)掃描，而是長(zhǎng)時(shí)間固定在一個(gè)確知的角度；2掃描范圍不大，大概在±10°以?xún)?nèi)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)以上特點(diǎn)可以看出，應(yīng)用于RSU的電調(diào)相控陣天線(xiàn)在進(jìn)行波束調(diào)整時(shí)，只需進(jìn)行一維相位控制，并且對(duì)移相的響應(yīng)時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格的要求，要求改變的相位不是很大，甚至可能是固定的幾個(gè)角度。因此，相位控制器的設(shè)計(jì)難度降低，對(duì)移相器的移相范圍與步進(jìn)精度要求都不高。但天線(xiàn)的增益和基本方向性圖仍由每個(gè)輻射陣元的自身特性與排列方式?jīng)Q定，各個(gè)輻射陣元之間的相位、幅度一致性好壞，影響著整個(gè)相控陣天線(xiàn)的輻射特性。要保

4、證天線(xiàn)各輻射陣元的幅相一致性，天線(xiàn)方向性圖滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)的要求，尤其天線(xiàn)波束的水平角度主要由輻射陣元天線(xiàn)面設(shè)計(jì)決定，對(duì)于輻射陣元天線(xiàn)面的設(shè)計(jì)要求較高。1．相控陣天線(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)RSU天線(xiàn)波束的要求：水平角度小于38度，垂直角度小于45度。為防止相鄰車(chē)道之間信號(hào)相互干擾，要求天線(xiàn)的波束水平角度比較窄。天線(xiàn)的主瓣波束角度與該方向的口徑大致成反比關(guān)系，因此設(shè)計(jì)天線(xiàn)水平方向比較寬，垂直方向相對(duì)較窄，天線(xiàn)呈長(zhǎng)方形（如下圖）。RSU天線(xiàn)要求波束在垂直方向上一定角度范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，但水平方向不必調(diào)節(jié)。因此只要改變天線(xiàn)垂直面各個(gè)陣元間的相對(duì)相位關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)波束在垂

5、直面的調(diào)節(jié)。為分析方便，下面以接收天線(xiàn)為例對(duì)電調(diào)相控陣天線(xiàn)進(jìn)行分析：設(shè)計(jì)4×8個(gè)陣元的天線(xiàn)陣，水平方向排列8個(gè)陣元，共計(jì)4排。橫向每排陣元組成一個(gè)基本陣組，一共可組成4個(gè)基本陣元組。每個(gè)陣元組的內(nèi)部連接方式如下圖，8個(gè)陣元通過(guò)合路器（板上設(shè)計(jì)微帶合路器）合成一路。在合成過(guò)程中，保證每個(gè)陣元到合路器的傳輸距離相等（確保組內(nèi)8個(gè)陣元的等相位）；陣元組內(nèi)部結(jié)構(gòu)4個(gè)陣元組之間的關(guān)系如下圖，0號(hào)陣元組的饋電相位不改變，1、2、3號(hào)陣元組的輸入端分別接了一個(gè)移相器，對(duì)1，2，3號(hào)陣元組接收的信號(hào)進(jìn)行一定角度的移相，最后4組信號(hào)通過(guò)合路器（定制合路器）合成一

6、路，送到接收機(jī)。陣元組間結(jié)構(gòu)根據(jù)天線(xiàn)互易原理，再對(duì)以上相控陣天線(xiàn)進(jìn)行說(shuō)明：發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)首先經(jīng)過(guò)分路器分成等相位的4路信號(hào)，分別送往0，1，2，3號(hào)陣元組。送往0號(hào)陣元組的信號(hào)直接饋入天線(xiàn)；送往1號(hào)陣元組，2號(hào)陣元組和3號(hào)陣元組的信號(hào)分別經(jīng)過(guò)了角度為，，移相，然后再通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去。通過(guò)調(diào)整，，的值，就可以在垂直方向上改變發(fā)射天線(xiàn)的波束指向。移相器改變的相位與天線(xiàn)角度之間的關(guān)系如下：其中，為相控陣天線(xiàn)相鄰陣元組之間的距離，為發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)。下面給出幾組典型值：（，）1.4°10°20°30°3.08°22.5°45°67.5°4.1°30°60

7、°90°6.9°50°100°150°11.0°80°160°240°1．控制精度分析選用4bit數(shù)控移相器，可控狀態(tài)為24＝16，移相精度為360°/16=22.5°,天線(xiàn)角度調(diào)整步進(jìn)精度約為3°，在地面投影距離改變?nèi)缦聢D。天線(xiàn)波束投影遠(yuǎn)端在地面的移動(dòng)距離為0.8m，近端的投影移動(dòng)0.5m。隨著天線(xiàn)波束指向與垂線(xiàn)夾角的增大，天線(xiàn)波束在地面的投影距離也會(huì)增大。由以上分析可以得出以下結(jié)論：2．影響波束控制的因素的影響：d越大，使天線(xiàn)波束轉(zhuǎn)動(dòng)同樣的角度，需要調(diào)整的相位量就越大。增大d有利于提高控制精度。移相精度的影響：移相精度主要由移相器的控制位數(shù)

8、決定的，移相精度高，單次改變相位量小，就能在微小范圍內(nèi)調(diào)整天線(xiàn)波束指向的角度。相位不平衡：由于天線(xiàn)設(shè)計(jì)的誤差，饋入天線(xiàn)的信號(hào)到達(dá)不同的陣元輻射面的相位