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申请/专利权人：北京理工大学;北京理工大学长三角研究院(嘉兴)

摘要：本发明设计了一种水平方向全覆盖的高增益气球天线阵列，用于山区茂密森林环境下和恶劣天气下的应急通信；步骤1、为实现水平方向天线波束360°全覆盖，提出了一种沿气球圆周方向放置高增益定向天线的排布方法；步骤2、设计了一种包含多个分支的开关切换电路，以实现波束切换从而达到水平圆周方向全面覆盖；步骤3、在开关切换电路的基础上添加了移相器，在实现波束切换的基础上实现了相位补偿，以便共形的天线阵列能产生符合预期的方向图。所设计气球天线阵列不仅具有增益高、可共形的优点，还可以实现水平方向波束切换全覆盖和相位补偿。

主权项：1.一种水平方向全覆盖的高增益气球天线阵列设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：基于半径为R的气球模型，选取高增益的定向天线单元进行共形处理；根据使用需求和定向天线单元的尺寸，确定定向天线单元间距Dx；相邻高增益定向天线单元间的间距Dx对应的圆心角β由公式β＝DxR确定；其中，相邻高增益定向天线单元间的间距Dx对应的圆心角β需不大于定向天线单元的半功率波瓣宽度；将具有扇形波束的高增益定向天线单元沿气球圆周方向360°等间距Dx排布一周；通过开关切换电路进行波束切换，以实现气球水平方向波束全覆盖；通过移相器调整天线单元的相位，以实现波束扫描；步骤二：设计开关切换电路，以实现天线阵在水平方向上的波束切换；为了便于仿真和实验，通过一个包含六个支路的电路来验证水平方向360°波束切换的可行性；用阻抗为50欧姆的微带线作为总线连接六个支路；在每个支路中使用二极管PIN1将分支连接到总线，通过控制该二极管两端电压控制所在分支是否导通；其中，正常工作时，将有四个支路导通，为四个子阵列馈电，每个支路通过电缆和SMA连接器连接到天线子阵列；另外两个不工作的支路通过二极管PIN1断开；六个支路中的PIN1是否导通由直流偏置电压VD2决定：其中，二极管导通电压为VF，当VD2≥VF时，PIN1正向导通，那么该支路就可以导通；当VD2＜VF时，PIN1不能导通，该支路被断开；正常工作时，四个工作的支路并联连接到50欧姆总线上，那么每个支路连接处为200欧姆；采用四分之一波长阻抗转换器，通过100欧姆微带线将总线连接到支路中的50欧姆微带线；步骤三：在开关切换电路中六条支路上均分别加入PIN2，PIN3和PIN4用于控制移相器是否工作；其中PIN3和PIN4与旁路微带线串联后和PIN2并联；通过控制直流偏置电压VD1和VD2来控制支路是否进行相位滞后补偿；其中当VD2≥VF，该支路被导通的情况下，VD1-VD2≥2VF时，PIN3和PIN4导通，则该支路进行相位滞后补偿；当VD2-VD1≥VF时，PIN2导通，此时该支路不进行相位滞后补偿；每个支路设计两个电感和一个电容来隔离直流和交流的相互作用。

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