多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，包括多個四天線單元子陣和安裝四天線單元子陣的陣面安裝架構(gòu)；所述四天線單元子陣有七個，陣面安裝架構(gòu)為正六棱臺形，七個四天線單元子陣分別安裝在正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的上陣面安裝平面和六個側(cè)陣面安裝平面上。本實用新型利用多面陣與平面陣組合的形式，提高了波束覆蓋的空間利用效率，平面陣的采用，提高了單面天線波束的覆蓋空間，并可以利用相控陣技術(shù)進(jìn)行局部空間掃描，具有很高的天線效率。在陣面骨架的內(nèi)部，通過電子開關(guān)切換，實現(xiàn)了全空域波束的覆蓋。本實用新型特別適用于低輪廓衛(wèi)星移動通信天線系統(tǒng)。
【專利說明】多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于全空域覆蓋衛(wèi)星移動通信雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是多面全空域覆蓋衛(wèi)星移動通信相控陣天線。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在通信、雷達(dá)等系統(tǒng)所用天線系統(tǒng)以及性能各有特點，但均存在某種不足:1、利用賦形波束的低剖面反射面天線，這種天線系統(tǒng)具有增益高、制造簡單等優(yōu)點，但依然存在體積大、重量大、跟蹤速度慢等缺點；2、低剖面的平面陣列天線，這種天線的效率高，制作簡單，合成方式靈活等優(yōu)點，但其機(jī)械跟蹤方式限制在高速平臺上實現(xiàn)靈活波束指向的缺點；3、全相控陣或者一維相控陣天線形式，這種體制的天線具有波束掃描快，跟蹤靈活等優(yōu)點，但存在掃描后增益損失大，制作復(fù)雜，且成本較高的缺點。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，具有覆蓋范圍廣、波束跟蹤快且剖面低的優(yōu)點，具有很高的工程使用價值。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，包括多個四天線單元子陣和安裝四天線單元子陣的陣面安裝架構(gòu)；所述四天線單元子陣有七個，陣面安裝架構(gòu)為正六棱臺形，七個四天線單元子陣分別安裝在正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的上陣面安裝平面和六個側(cè)陣面安裝平面上。
[0005]其中，所述側(cè)陣面安裝平面與正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的下底面的夾角為60度。
[0006]其中，所述正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的下底面設(shè)置有底盤；并且在底盤上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口安裝有進(jìn)氣風(fēng)扇，出氣口安裝有出氣風(fēng)扇。
[0007]其中，所述四天線單元子陣均由四天線單元陣列、雙工器、發(fā)射組件、接收組件、綜合網(wǎng)絡(luò)層、發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)和接收合成網(wǎng)絡(luò)組成；四天線單元陣列安裝在陣面安裝平面的外表面上，雙工器、發(fā)射組件、接收組件、綜合網(wǎng)絡(luò)層、發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)和接收合成網(wǎng)絡(luò)安裝在正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的內(nèi)腔中。
[0008]其中，所述正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的內(nèi)腔中還設(shè)有發(fā)射六選二開關(guān)、接收六選二開關(guān)、發(fā)射二選一開關(guān)和接收二選一開關(guān)；發(fā)射二選一開關(guān)的兩個輸出端分別連接至發(fā)射六選二開關(guān)的輸入端和頂部四天線單元子陣的發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)的輸入端，發(fā)射六選二開關(guān)的六個輸出端分別連接至側(cè)面六個四天線單元子陣的發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)的各輸入端；側(cè)面六個四天線單元子陣的接收合成網(wǎng)絡(luò)的各輸出端分別連接至接收六選二開關(guān)的相應(yīng)輸入端，接收六選二開關(guān)的輸出端以及上面四天線單元子陣的接收合成網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別連接至接收二選一開關(guān)的兩個輸入端。
[0009]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0010]1、本實用新型利用多面陣結(jié)構(gòu)，提高了波束覆蓋空域效率，同時減小了整個系統(tǒng)的尺寸；2、本實用新型利用子陣級相控陣天線技術(shù)，實現(xiàn)了波束的靈活掃描；3、本實用新型中，利用有源器件，使得天線整個系統(tǒng)的性能得以提高，避免了由于饋電網(wǎng)絡(luò)的插損引入了不確定因素；4、本實用新型的天線單元和極化網(wǎng)絡(luò)可以采用一體加工的方式，簡單可行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本實用新型的單面原理圖；
[0013]圖3是本實用新型的內(nèi)部原理圖；
[0014]圖4是本實用新型的波束區(qū)域圖；
[0015]圖5是本實用新型的子陣分布圖；
[0016]圖中:1、四天線單元陣列，2-1、上陣面安裝平面，2-2、側(cè)陣面安裝平面，3、底盤，4、雙工器，5、發(fā)射組件，6、接收組件，7、綜合網(wǎng)絡(luò)層，8、發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)，9、接收合成網(wǎng)絡(luò)，10、發(fā)射六選二開關(guān)，11、接收六選二開關(guān)，12、發(fā)射二選一開關(guān)，13、接收二選一開關(guān)，14-1、進(jìn)氣風(fēng)扇，14-2、出氣風(fēng)扇，15、頂部四天線單元子陣，16至21、側(cè)面四天線單元子陣。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0018]如圖1至3所示，本實用新型為多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，包括多個四天線單元子陣和安裝四天線單元子陣的陣面安裝架構(gòu)；所述四天線單元子陣有七個，陣面安裝架構(gòu)為正六棱臺形，七個四天線單元子陣15至21分別安裝在正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的上陣面安裝平面2-1和六個側(cè)陣面安裝平面2-2上。側(cè)陣面安裝平面2-2與正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的下底面的夾角為60度。正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的下底面設(shè)置有底盤3 ;底盤3起到最終的密封和支撐作用，并且在底盤3上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口安裝有進(jìn)氣風(fēng)扇14-1，出氣口安裝有出氣風(fēng)扇14-2。進(jìn)氣風(fēng)扇14-1和出氣風(fēng)扇14-2進(jìn)行空氣對流以降低安裝陣面內(nèi)部溫度。
[0019]如圖2所示，所述四天線單元子陣15至21均由四天線單元陣列1、雙工器4、發(fā)射組件5、接收組件6、綜合網(wǎng)絡(luò)層7、發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)8和接收合成網(wǎng)絡(luò)9組成；四天線單元陣列I安裝在陣面安裝平面的外表面上，雙工器4、發(fā)射組件5、接收組件6、綜合網(wǎng)絡(luò)層7、發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)8和接收合成網(wǎng)絡(luò)9安裝在正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的內(nèi)腔中。
[0020]如圖3所示，所述正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的內(nèi)腔中還設(shè)有發(fā)射六選二開關(guān)10、接收六選二開關(guān)11、發(fā)射二選一開關(guān)12和接收二選一開關(guān)13 ;發(fā)射二選一開關(guān)12的兩個輸出端分別連接至發(fā)射六選二開關(guān)10的輸入端和頂部四天線單元子陣15的發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)8的輸入端，發(fā)射六選二開關(guān)10的六個輸出端分別連接至側(cè)面六個四天線單元子陣16至21的發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)8的各輸入端；側(cè)面六個四天線單元子陣16至21的接收合成網(wǎng)絡(luò)9的各輸出端分別連接至接收六選二開關(guān)11的相應(yīng)輸入端，接收六選二開關(guān)11的輸出端以及上面四天線單元子陣15的接收合成網(wǎng)絡(luò)9的輸出端分別連接至接收二選一開關(guān)13的兩個輸入端。其中信號通過同軸電纜進(jìn)行連接傳輸。
[0021]本實用新型利用多面陣與平面陣組合的形式，提高了波束覆蓋的空間利用效率，平面陣的采用，提高了單面天線波束的覆蓋空間，并可以利用相控陣技術(shù)進(jìn)行局部空間掃描，具有很高的天線效率。在陣面骨架的內(nèi)部，通過電子開關(guān)切換，實現(xiàn)了全空域波束的覆蓋。本實用新型特別適用于低輪廓衛(wèi)星移動通信天線系統(tǒng)。
[0022]如圖4、5所示，本實用新型中，每一個面陣負(fù)責(zé)某一個空間波束覆蓋區(qū)域。在天線工作時，將空域分為幾個不同的部分，如A和B兩個大區(qū)域，其中A區(qū)域為頂部四天線單元子陣15所覆蓋的區(qū)域，B區(qū)域為側(cè)面六個四天線單元子陣16至21覆蓋的區(qū)域。
[0023]在區(qū)域A (俯仰面涵蓋0-50度，方位面0-360度)中，AO區(qū)域(±25度)為頂面子陣法向波束所覆蓋，在整個區(qū)域內(nèi)，天線增益大于9dB。而在區(qū)域Al至A6內(nèi)，為頂面子陣15波束掃描覆蓋的區(qū)域，其中每一個區(qū)域分別在俯仰面上覆蓋20-50度，方位面上覆蓋70度，故需要六個波束就可以覆蓋這個區(qū)域。
[0024]在區(qū)域B (俯仰面涵蓋40-80度，方位面0-360度)內(nèi)，分別由側(cè)面六個四天線單元子陣16至21形成的波束進(jìn)行覆蓋，其中相鄰兩個子區(qū)域有20度的交疊區(qū)域，為側(cè)面子陣向一側(cè)掃描20度所致，記為Bi+，其中i=l，2，…，6。這是因為每一個面陣的波束寬度恰恰為60°，會有部分區(qū)域均不被相鄰兩個子陣的波束覆蓋，故對每一個子陣向方位面的同一側(cè)邊進(jìn)行掃描，這樣就可以覆蓋整個方位面0-360度的空間。
[0025]通過上述方法，實現(xiàn)了在所需空間的波束覆蓋。
[0026]在實際工作時，可以將天線單元進(jìn)行編號，每一部分區(qū)域由不同的天線子陣工作完成，如下表所示。在空間中，共需要19個波束即可覆蓋全空域。在空間波束覆蓋時，不同的天線子陣分別負(fù)責(zé)不同的區(qū)域。
[0027]表1工作空域與工作子陣的關(guān)系
[0028]
【權(quán)利要求】
1.多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，包括多個四天線單元子陣和安裝四天線單元子陣的陣面安裝架構(gòu)；其特征在于:所述四天線單元子陣有七個，陣面安裝架構(gòu)為正六棱臺形，七個四天線單元子陣(15至21)分別安裝在正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的上陣面安裝平面(2-1)和六個側(cè)陣面安裝平面(2-2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，其特征在于:所述側(cè)陣面安裝平面(2-2)與正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的下底面的夾角為60度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，其特征在于:所述正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的下底面設(shè)置有底盤(3);并且在底盤(3)上設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口安裝有進(jìn)氣風(fēng)扇(14-1 )，出氣口安裝有出氣風(fēng)扇(14-2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，其特征在于:所述四天線單元子陣(15至21)均由四天線單元陣列(I)、雙工器(4)、發(fā)射組件(5)、接收組件(6)、綜合網(wǎng)絡(luò)層(7)、發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)(8)和接收合成網(wǎng)絡(luò)(9)組成；四天線單元陣列(I)安裝在陣面安裝平面的外表面上，雙工器(4)、發(fā)射組件(5)、接收組件(6)、綜合網(wǎng)絡(luò)層(7)、發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)(8)和接收合成網(wǎng)絡(luò)(9)安裝在正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的內(nèi)腔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多面全空域覆蓋的衛(wèi)星移動通信相控陣天線，其特征在于:所述正六棱臺形陣面安裝架構(gòu)的內(nèi)腔中還設(shè)有發(fā)射六選二開關(guān)(10)、接收六選二開關(guān)(II)、發(fā)射二選一開關(guān)(12)和接收二選一開關(guān)(13);發(fā)射二選一開關(guān)(12)的兩個輸出端分別連接至發(fā)射六選二開關(guān)(10)的輸入端和頂部四天線單元子陣(15)的發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)(8)的輸入端，發(fā)射六選二開關(guān)(10)的六個輸出端分別連接至側(cè)面六個四天線單元子陣(16至21)的發(fā)射合成網(wǎng)絡(luò)(8)的各輸入端；側(cè)面六個四天線單元子陣(16至21)的接收合成網(wǎng)絡(luò)(9 )的各輸出端分別連接至接收六選二開關(guān)(11)的相應(yīng)輸入端，接收六選二開關(guān)(11)的輸出端以及上面四天線單元子陣(15)的接收合成網(wǎng)絡(luò)(9)的輸出端分別連接至接收二選一開關(guān)(13)的兩個輸入端。
【文檔編號】H01Q23/00GK203589185SQ201320735075
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】韓國棟, 武偉, 杜彪 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所