專利名稱：移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種移動(dòng)衛(wèi)星通信用多子陣天線陣，尤其是涉及一種移動(dòng)衛(wèi)星通 信多子陣平板天線陣。
背景技術(shù)：
動(dòng)中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)是指移動(dòng)載體(例如汽車、火車、飛機(jī)、輪船等)在快速運(yùn)行 過(guò)程中實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)衛(wèi)星(靜止或定點(diǎn)衛(wèi)星，即同步軌道衛(wèi)星)實(shí)時(shí)通信的系統(tǒng)。實(shí)際工作 中，因?yàn)槟繕?biāo)衛(wèi)星距地面的距離很遠(yuǎn)(約4萬(wàn)公里)，要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面載體間高碼速率的 多媒體通信，就必須采用高增益天線。由于這種天線的波束寬度很窄，要保證載體在快速 移動(dòng)過(guò)程中能夠正常且不間斷地與衛(wèi)星通信，則必須使其天線波束始終準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。 移動(dòng)衛(wèi)星通信按其所采用的天線類型大體可分為兩類反射面天線動(dòng)中通和平板天線動(dòng)中 通。目前，國(guó)內(nèi)研制的動(dòng)中通系統(tǒng)大多都是反射面天線動(dòng)中通，其體積較大，天線高度較高， 不能完全滿足車載環(huán)境下的使用，現(xiàn)如今天線的高度問(wèn)題已經(jīng)極大地限制了動(dòng)中通衛(wèi)星通 信系統(tǒng)的推廣。相比之下，平板天線動(dòng)中通由于其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，可以在很低的天線高度情 況下保持較高的天線增益。多子陣技術(shù)是平板天線動(dòng)中通降低天線高度的一種主要方法。由于多子陣平板天 線陣本身的離散口徑，天線的性能受到了很大的影響，副瓣電平較高，同時(shí)由于分板后的孔 徑渡越時(shí)間較長(zhǎng)，使得天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬較小。綜上，平板天線動(dòng)中通具有高度上的明顯 優(yōu)勢(shì)，能夠滿足各種移動(dòng)載體對(duì)其小型化和易安裝的使用要求，與單個(gè)平板天線相比，多子 陣平板天線陣主要帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題一個(gè)是天線方向圖特性變差與副瓣電平抬升，另一個(gè)是 天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬變小。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種移動(dòng) 衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、高度低、成本低且安裝布設(shè)方便，所采用 的優(yōu)化方法設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便，能有效解決多子陣平板天線陣的天線方向圖特性變差與 副瓣電平抬升和天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬變小兩大實(shí)際問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣 平板天線陣包括多個(gè)平板天線子陣、供多個(gè)所述平板天線子陣安裝的天線轉(zhuǎn)臺(tái)和分別連 接在各平板天線子陣的輻射單元與信號(hào)收發(fā)端口之間的多個(gè)饋線系統(tǒng)，多個(gè)所述平板天線 子陣平行安裝在天線轉(zhuǎn)臺(tái)上且多個(gè)所述平板天線子陣對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的目標(biāo)仰角均相同；所 述饋線系統(tǒng)包括與所述信號(hào)收發(fā)端口相接的移相器以及接在平板天線子陣的輻射單元與 移相器之間的多套延遲線，所述平板天線子陣的數(shù)量為Q個(gè)且相鄰兩個(gè)平板天線子陣之間 的間距為φ，其中i = 1、2、3... Q-1，且Cli表示Q個(gè)平板天線子陣中第i個(gè)平板天線子陣與 第i+Ι個(gè)平板天線子陣之間的間距；所述延遲線的套數(shù)與對(duì)平板天線子陣的掃描范圍進(jìn)行 均勻分區(qū)后的掃描分區(qū)個(gè)數(shù)相同。[0006]上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是所述天線轉(zhuǎn)臺(tái)包括支架和通過(guò)轉(zhuǎn)軸安裝在支架上的轉(zhuǎn)盤(pán)，多個(gè)所述平板天線子陣均安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)上。上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是所述饋線系統(tǒng)還包括低噪聲放 大器和接在移相器與所述信號(hào)接收端口之間的功率合并器，所述低噪聲放大器接在平板天 線子陣的輻射單元與延遲線之間。上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是所述平板天線子陣中包含工作 在不同頻段上的多個(gè)天線單元。上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是所述移相器與對(duì)其相移量進(jìn)行 控制調(diào)整的激勵(lì)器相接，所述激勵(lì)器與由主控制器進(jìn)行控制的波束控制器相接，且所述波 束控制器和所述激勵(lì)器組成以電掃描方式對(duì)平板天線子陣的俯仰方向進(jìn)行控制的俯仰控 制單元。上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是安裝在平板天線子陣上的方位 軸通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與由伺服控制器進(jìn)行控制的方位電機(jī)相接，所述伺服控制器與主控制器相 接且由主控制器進(jìn)行控制，所述方位電機(jī)與所述伺服控制器相接，且所述伺服控制器為以 機(jī)械掃描方式對(duì)平板天線子陣的方位方向進(jìn)行控制的方位控制單元。上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是多個(gè)所述平板天線子陣的俯仰 維上所包含天線單元的數(shù)量相同，每個(gè)平板天線子陣的俯仰維上的所有天線單元均為均勻 布設(shè)且多個(gè)所述平板天線子陣的俯仰維上的相鄰兩個(gè)天線單元的間距均相同。上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是多個(gè)所述平板天線子陣的俯仰 角度均相同且均固定不變。上述移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征是還包括通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝在 平板天線子陣上的俯仰軸相接且由伺服控制器進(jìn)行控制的俯仰電機(jī)，且所述俯仰電機(jī)與所 述伺服控制器相接，所述伺服控制器與主控制器相接且由主控制器進(jìn)行控制。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小高度低、重量輕、造價(jià)較低且使用效果好，天線的饋線系統(tǒng)至 少包括移相器和延遲線。其中移相器用于調(diào)整各個(gè)子陣的移相值，實(shí)現(xiàn)多子陣天線的信號(hào) 合成；延遲線用于提高天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬。2、安裝布設(shè)方便，可方便安裝于各種移動(dòng)載體上。3、優(yōu)化方法設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，主要針對(duì)多子陣平板天線陣的天線方向圖特性 變差與副瓣電平抬升和天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬變小兩大問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)采用優(yōu)化算法對(duì) 多子陣平板天線陣的子陣間距進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以降低天線的副瓣電平，提高天線性能；同時(shí) 通過(guò)在天線的饋線網(wǎng)絡(luò)中加入多套延遲線，對(duì)天線的波束掃描范圍進(jìn)行分區(qū)，并相應(yīng)采用 切換波束技術(shù)提高天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬。優(yōu)化后的多子陣平板天線陣中的子陣間距不是 一般的均勻間距，而是采用優(yōu)化算法對(duì)多子陣平板天線陣的子陣間距進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn) 行間距優(yōu)化時(shí)，通過(guò)對(duì)子陣間距的最小值進(jìn)行設(shè)定，達(dá)到防止子陣間相互遮擋的實(shí)際問(wèn)題， 且在進(jìn)行間距優(yōu)化時(shí)，需考慮整個(gè)掃描范圍內(nèi)的天線方向圖，綜上，為改善天線的峰值旁瓣 電平(PSLL)，采用優(yōu)化算法對(duì)天線的子陣間距進(jìn)行優(yōu)化；為了防止子陣間的相互遮擋，必 須對(duì)子陣間距的最小值進(jìn)行設(shè)定；同時(shí)天線子陣的間距之和D影響多子陣平板天線陣的尺 寸，因此進(jìn)行子陣間距優(yōu)化需在子陣間距之和D固定的情況下，即必需滿足口徑約束。[0018]同時(shí)，為提高多子陣平板天線陣的瞬時(shí)信號(hào)帶寬，需采用群延時(shí)相同的延遲器件， 采用多套延遲線可明顯提高天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬。為此，將天線的掃描范圍進(jìn)行分區(qū)，在每 一分區(qū)內(nèi)采用一套延遲線，此稱為切換波束技術(shù)。在分區(qū)方法上，可采用分區(qū)范圍大小相同 的原理進(jìn)行；而延遲線的長(zhǎng)度選取可按波束在掃描范圍內(nèi)的指向偏差平均值達(dá)到最小的原 則進(jìn)行選取。4、優(yōu)化效果好且實(shí)用價(jià)值高，采用本實(shí)用新型對(duì)平板天線的子陣間距進(jìn)行優(yōu)化 后，天線的峰值旁瓣電平得到了有效降低，而天線方向圖的改善也比采用輻相加權(quán)的方法 要好得多；同時(shí)通過(guò)對(duì)延遲線長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化，有效提高了天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬，因而本實(shí)用 新型能有效提高多子陣平板天線陣的天線性能。5、適用范圍廣，推廣應(yīng)用前景廣泛。
綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、高度低、成本低且安裝布設(shè)方便，所采用 的優(yōu)化方法設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便，能有效解決多子陣平板天線陣的天線方向圖特性變差與 副瓣電平抬升和天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬變小兩大實(shí)際問(wèn)題。下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的工作原理圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-平板天線子陣；2-天線轉(zhuǎn)臺(tái)；2-1-轉(zhuǎn)盤(pán)；2-2-支架；2-3-轉(zhuǎn)軸； 3_饋線系統(tǒng)；3-1-移相器； 3-2-延遲線；3-3-低噪聲放大器；3-4-功率合并器。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括多個(gè)平板天線子陣1、供多個(gè)所述平板天線子陣 1安裝的天線轉(zhuǎn)臺(tái)和分別連接在各平板天線子陣1的輻射單元與信號(hào)收發(fā)端口之間的多個(gè) 饋線系統(tǒng)3，多個(gè)所述平板天線子陣1平行安裝在天線轉(zhuǎn)臺(tái)上且多個(gè)所述平板天線子陣1 對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的目標(biāo)仰角均相同。所述饋線系統(tǒng)3包括與所述信號(hào)收發(fā)端口相接的移相器 3-1以及接在平板天線子陣1的輻射單元與移相器3-1之間的多套延遲線3-2，所述平板天 線子陣1的數(shù)量為Q個(gè)且相鄰兩個(gè)平板天線子陣1之間的間距為屯，其中i = 1、2、3. . . Q-I, 且Cli表示Q個(gè)平板天線子陣1中第i個(gè)平板天線子陣1與第i+Ι個(gè)平板天線子陣1之間 的間距。所述延遲線3-2的套數(shù)與對(duì)平板天線子陣1的掃描范圍進(jìn)行均勻分區(qū)后的掃描分 區(qū)個(gè)數(shù)相同。本實(shí)施例中，所述天線轉(zhuǎn)臺(tái)包括支架2-2和通過(guò)轉(zhuǎn)軸2-3安裝在支架2-2上的轉(zhuǎn) 盤(pán)2-1，多個(gè)所述平板天線子陣1均安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)2-1上。所述饋線系統(tǒng)3還包括低噪聲放大 器3-3和接在移相器3-1與所述信號(hào)接收端口之間的功率合并器3-4，所述低噪聲放大器 3-3接在平板天線子陣1的輻射單元與延遲線3-2之間。所述平板天線子陣1中包含工作 在不同頻段上的多個(gè)天線單元。[0032]所述移相器3-1與對(duì)其相移量進(jìn)行控制調(diào)整的激勵(lì)器相接，所述激勵(lì)器與由主控 制器進(jìn)行控制的波束控制器相接，且所述波束控制器和所述激勵(lì)器組成以電掃描方式對(duì)平 板天線子陣1的俯仰方向進(jìn)行控制的俯仰控制單元。其中，安裝在平板天線子陣1上的方 位軸通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與由伺服控制器進(jìn)行控制的方位電機(jī)相接，所述伺服控制器與主控制器 相接且由主控制器進(jìn)行控制，所述方位電機(jī)與所述伺服控制器相接，且所述伺服控制器為 以機(jī)械掃描方式對(duì)平板天線子陣1的方位方向進(jìn)行控制的方位控制單元。 多個(gè)所述平板天線子陣1的俯仰維上所包含天線單元的數(shù)量相同，每個(gè)平板天線 子陣1的俯仰維上的所有天線單元均為均勻布設(shè)且多個(gè)所述平板天線子陣1的俯仰維上的 相鄰兩個(gè)天線單元的間距均相同。實(shí)際使用過(guò)程中，多個(gè)所述平板天線子陣1的俯仰角度 均相同且均固定不變。另外，多個(gè)所述平板天線子陣1的俯仰角度也可以可調(diào)，此時(shí)本實(shí)用 新型還包括通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝在平板天線子陣1上的俯仰軸(即W2軸)相接且由伺服 控制器進(jìn)行控制的俯仰電機(jī)，且所述俯仰電機(jī)與所述伺服控制器相接，所述伺服控制器與 主控制器相接且由主控制器進(jìn)行控制。當(dāng)平板天線子陣1的俯仰角不可調(diào)時(shí)，采用純相掃 方式合成俯仰波束；而當(dāng)平板天線子陣1的俯仰角可調(diào)時(shí)，采用的是機(jī)械掃描與相掃的方 式來(lái)合成俯仰波束，其中機(jī)械掃描指用安裝在平板天線子陣1上的俯仰電機(jī)對(duì)俯仰角度進(jìn) 行調(diào)整，相掃指采用移相網(wǎng)絡(luò)(即移相器3-1和延遲線3-2)對(duì)俯仰角度進(jìn)行調(diào)整。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根 據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于包括多個(gè)平板天線子陣(1)、供多個(gè)所述平板天線子陣(1)安裝的天線轉(zhuǎn)臺(tái)和分別連接在各平板天線子陣(1)的輻射單元與信號(hào)收發(fā)端口之間的多個(gè)饋線系統(tǒng)(3)，多個(gè)所述平板天線子陣(1)平行安裝在天線轉(zhuǎn)臺(tái)上且多個(gè)所述平板天線子陣(1)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的目標(biāo)仰角均相同；所述饋線系統(tǒng)(3)包括與所述信號(hào)收發(fā)端口相接的移相器(3 1)以及接在平板天線子陣(1)的輻射單元與移相器(3 1)之間的多套延遲線(3 2)，所述平板天線子陣(1)的數(shù)量為Q個(gè)且相鄰兩個(gè)平板天線子陣(1)之間的間距為di，其中i＝1、2、3...Q 1，且di表示Q個(gè)平板天線子陣(1)中第i個(gè)平板天線子陣(1)與第i+1個(gè)平板天線子陣(1)之間的間距；所述延遲線(3 2)的套數(shù)與對(duì)平板天線子陣(1)的掃描范圍進(jìn)行均勻分區(qū)后的掃描分區(qū)個(gè)數(shù)相同。
2.按照權(quán)利要求1所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于所述天線轉(zhuǎn) 臺(tái)包括支架(2-2)和通過(guò)轉(zhuǎn)軸(2-3)安裝在支架(2-2)上的轉(zhuǎn)盤(pán)(2-1)，多個(gè)所述平板天線 子陣(1)均安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)(2-1)上。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于所述饋 線系統(tǒng)(3)還包括低噪聲放大器(3-3)和接在移相器(3-1)與所述信號(hào)接收端口之間的 功率合并器(3-4)，所述低噪聲放大器(3-3)接在平板天線子陣(1)的輻射單元與延遲線 (3-2)之間。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于所述平 板天線子陣(1)中包含工作在不同頻段上的多個(gè)天線單元。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于所述移 相器(3-1)與對(duì)其相移量進(jìn)行控制調(diào)整的激勵(lì)器相接，所述激勵(lì)器與由主控制器進(jìn)行控制 的波束控制器相接，且所述波束控制器和所述激勵(lì)器組成以電掃描方式對(duì)平板天線子陣 (1)的俯仰方向進(jìn)行控制的俯仰控制單元。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于安裝在 平板天線子陣(1)上的方位軸通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與由伺服控制器進(jìn)行控制的方位電機(jī)相接，所 述伺服控制器與主控制器相接且由主控制器進(jìn)行控制，所述方位電機(jī)與所述伺服控制器相 接，且所述伺服控制器為以機(jī)械掃描方式對(duì)平板天線子陣(1)的方位方向進(jìn)行控制的方位 控制單元。
7.按照權(quán)利要求1或2所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于多個(gè)所 述平板天線子陣(1)的俯仰維上所包含天線單元的數(shù)量相同，每個(gè)平板天線子陣(1)的俯 仰維上的所有天線單元均為均勻布設(shè)且多個(gè)所述平板天線子陣(1)的俯仰維上的相鄰兩 個(gè)天線單元的間距均相同。
8.按照權(quán)利要求7所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于多個(gè)所述平 板天線子陣(1)的俯仰角度均相同且均固定不變。
9.按照權(quán)利要求7所述的移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，其特征在于還包括通過(guò) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝在平板天線子陣(1)上的俯仰軸相接且由伺服控制器進(jìn)行控制的俯仰電 機(jī)，且所述俯仰電機(jī)與所述伺服控制器相接，所述伺服控制器與主控制器相接且由主控制 器進(jìn)行控制。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種移動(dòng)衛(wèi)星通信多子陣平板天線陣，包括多個(gè)平板天線子陣、天線轉(zhuǎn)臺(tái)和分別連接在各平板天線子陣的輻射單元與信號(hào)收發(fā)端口之間的多個(gè)饋線系統(tǒng)，多個(gè)平板天線子陣平行安裝在天線轉(zhuǎn)臺(tái)上且多個(gè)平板天線子陣對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)衛(wèi)星的目標(biāo)仰角均相同；饋線系統(tǒng)包括與信號(hào)收發(fā)端口相接的移相器以及接在平板天線子陣的輻射單元與移相器之間的多套延遲線；延遲線套數(shù)與對(duì)平板天線子陣的掃描范圍進(jìn)行均勻分區(qū)后的掃描分區(qū)個(gè)數(shù)相同。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、高度低、成本低且安裝布設(shè)方便，所采用的優(yōu)化方法設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便，能有效解決了多子陣平板天線陣的天線方向圖特性變差與副瓣電平抬升和天線的瞬時(shí)信號(hào)帶寬變小兩大實(shí)際問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01Q21/30GK201773935SQ20102028238
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者伍宗偉, 姚敏立, 林志強(qiáng), 賈維敏, 趙建勛 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院