一種機械式相控掃描陣列天線的製作方法
2023-10-25 13:23:07
專利名稱：一種機械式相控掃描陣列天線的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種陣列天線及其波束指向控制方法，具體的說是一種機械式相控掃描陣列天線及其波束指向控制方法。
背景技術：
機械式相控掃描陣列天線是一種藉助於機械控制圓極化天線單元的角度姿態，以其本身姿態所包含的初始相位信息，實現整個陣列的相位配置。功率分配器可以空間饋電的形式，也可以強迫饋電的形式。該技術作為一種系統結構簡單、形式多樣可變、設計方便、實現方式多樣的天線陣列技術，在各種微波和天線系統中都可以廣泛應用。相控掃描陣列天線一般以電路的形式控制相位配置的方式實現波束指向控制，其電路複雜、造價高昂，而且相位的控制精度有限。對於反射陣列的一般不能實現相控波束掃描。在微波與天線系統中應用形式受限。 現有的相控掃描陣列天線的實現波束指向控制的方法，主要以相位配置的實現方式進行區分。主要方式有模擬電壓直接控制相位偏移量、數字式控制的電壓控制相位偏移量、數字控制的相位偏移量以及機械位移或機械旋轉控制傳輸線長度或相對介電常數的方式實現相位偏移量。模擬或數字的電壓控制方式需要對應的微波電路和器件實現，因整個陣列的單元數多，所以成本很高；同時相位偏移量的精度有限，並與價格直接相關。機械位移或機械旋轉控制傳輸線長度或相對介電常數的方式一般的結構比較大，不適合在大規模的陣列中給每個單元配置。現有的相控掃描陣列天線已經得到廣泛的應用，但隨著技術進步與生產生活的需要，對相控的精度要求、天線陣列的安裝方式、造價等要求越來越高，同時滿足這幾方面的要求的很困難。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種機械式相控掃描陣列天線，結構簡便，造價成本較低，相位控制精度高的相控掃描陣列天線，以簡單的結構解決一般相控波束掃描陣列天線的複雜電路、相控精度有限、天線陣列形式不能任意設計、造價聞昂等不足。本實用新型解決以上技術問題的技術方案是機械式相控掃描陣列天線，包括N根圓極化天線單元構成的天線陣列、功率分配器網絡和埠連接的同軸線，同軸線包括一根輸入同軸線和N根輸出同軸線，N為大於等於I的整數，輸入同軸線和輸出同軸線都具有內導體和外導體，輸入同軸線和輸出同軸線都具有連接功率分配器的連接端和連接外部設備的信號端，圓極化天線單元具有信號輸入端；還包括N個旋轉設備，每個圓極化天線單元都架設在一個旋轉設備上，通過旋轉設備的旋轉控制每個圓極化天線單元的角度姿態；功率分配器網絡為強迫饋電工作方式的功率分配器，其具有內腔、位於內腔一側的輸入側金屬壁以及與輸入側金屬壁相對的位於內腔另一側的輸出側金屬壁，內腔內填充有介質；輸入同軸線的連接端外導體連接至功率分配器的輸入側金屬壁，輸入同軸線的連接端內導體穿過功率分配器內腔連接功率分配器的輸出側金屬壁；每一個圓極化天線單元的信號輸入端都連接一個輸出同軸線的連接端內導體，並穿過功率分配器內腔連接至功率分配器的輸入側金屬壁，各輸出同軸線的連接端外導體懸空。機械式相控掃描陣列天線，包括N根圓極化天線單元構成的天線陣列、功率分配器網絡和埠連接的同軸線，還包括N個旋轉設備，每個圓極化天線單元都架設在一個旋轉設備上，通過旋轉設備的旋轉控制每個圓極化天線單元的角度姿態；功率分配器網絡為空間饋電功率分配器網絡，空間饋電功率分配器網絡直接通過輻射以場耦合的方式與天線陣列的單元實現連接。 圓極化天線單元的角度姿態，以其本身圓極化的工作方式，對相同的入射波體現與姿態所包含的初始相位信息，實現控制天線單元的角度姿態完成天線單元的相位控制。本實用新型的有益效果是本實用新型採用基於機械控制的圓極化天線角度姿態的方式實現相控波束掃描，無需採用價格相對高昂的有源電路，只採用機械角度控制的方式，以較低的成本、以多種具體的功率分配器電路形式、以任意的天線陣列的布置形式，可以大大擴展相控波束掃描陣列天線的應用領域。本實用新型採用機械控制的圓極化天線角度姿態的方式控制天線單元的相位，可以實現遠高於一般相控陣相位控制精度。本實用新型採用機械控制的圓極化天線角度姿態的方式控制天線單元的相位，以機械旋轉設備代替微波有源電路，可以以較低成本實現相控工作方式。本實用新型採用機械控制的圓極化天線角度姿態的方式控制天線單元的相位，對功率分配器網絡的結構形式與電路形式沒有具體的要求，從而大大提升了該技術的應用領域；同時以天線單元的相位單獨控制，對天線陣列的排布形式沒有要求，天線陣列結構可以簡單靈活設計，可適應多種應用場合。
圖I是本實用新型的圓極化天線單元示意圖。圖2是本實用新型的天線單元及旋轉設備結構示意圖。圖3是本實用新型的天線陣列結構示意圖。圖4是本實用新型實施例I空間饋電功率分配網絡結構示意圖。圖5是本實用新型實施例2強迫饋電功率分配網絡結構示意圖。
具體實施方式
實施例I本實施例的機械式相控掃描陣列天線，結構如圖4所示，包括N根圓極化天線單元
111、112、···11Ν構成的天線陣列、功率分配器網絡13和埠連接的同軸線14，圓極化天線單元如圖I所示，天線陣列如圖3所示，還包括N個旋轉設備，旋轉設備如圖2所示，每個圓極化天線單元都架設在一個旋轉設備上，通過旋轉設備的旋轉控制每個圓極化天線單元的角度姿態；功率分配器網絡13為空間饋電功率分配器網絡，空間饋電功率分配器網絡直接通過輻射以場耦合的方式與天線陣列的單元實現連接。本實施例的機械式相控掃描陣列天線波束指向控制方法，通過旋轉設備的旋轉控制圓極化天線單元的角度姿態，以圓極化天線單元不同的角度姿態所對應的相位實現天線陣列的相位配置來控制天線陣列波束指向，實現天線陣列的相控波束掃描功能。以天線陣列的某個圓極化天線單元為參考，其上下左右的相鄰圓極化天線單元的角度以相同的幅度依次遞增或遞減，實現天線陣列的相位配置，整個天線陣列的一種相位配置對應了天線陣列的一種波束指向，實現天線陣列的相控波束掃描功能。功率分配器13的結構形式與電路形式與相控掃描的功能無關，可以有多種應用。天線陣列的排布形式與相控掃描的功能無關，可以有多種形式。天線單元與機械旋轉設備對應組裝；機械轉動設備獨立控制。空間饋電功率分配網絡結構以饋源天線的輻射方向圖在陣列面的幅度與相位分布，完成陣列各單元接收信號的合成。實施例2本實施例的機械式相控掃描陣列天線，結構如圖5所示，包括N根圓極化天線單元
111、112、"·11Ν構成的天線陣列、功率分配器網絡13和埠連接的同軸線14，圓極化天線單元如圖I所示，天線陣列如圖3所示，同軸線14包括一根輸入同軸線和N根輸出同軸線，N為大於等於I的整數，輸入同軸線和輸出同軸線都具有內導體和外導體，輸入同軸線和輸出同軸線都具有連接功率分配器的連接端和連接外部設備的信號端，圓極化天線單元具有信號輸入端；還包括N個旋轉設備12，每個圓極化天線單元都架設在一個旋轉設備12上，旋轉設備如圖2所示，通過旋轉設備的旋轉控制每個圓極化天線單元的角度姿態；功率分配器網絡13為強迫饋電工作方式的功率分配器，其具有內腔、位於內腔一側的輸入側金屬壁以及與輸入側金屬壁相對的位於內腔另一側的輸出側金屬壁，內腔內填充有介質；輸入同軸線的連接端外導體連接至所述功率分配器的輸入側金屬壁，輸入同軸線的連接端內導體穿過功率分配器內腔連接功率分配器的輸出側金屬壁；每一個圓極化天線單元111、
112、…IlN的信號輸入端都連接一個輸出同軸線的連接端內導體，並穿過功率分配器內腔連接至功率分配器的輸入側金屬壁，各輸出同軸線的連接端外導體懸空。本實施例的機械式相控掃描陣列天線波束指向控制方法，通過旋轉設備的旋轉控制圓極化天線單元的角度姿態，以圓極化天線單元不同的角度姿態所對應的相位實現天線陣列的相位配置來控制天線陣列波束指向，實現天線陣列的相控波束掃描功能。將螺旋線形式的圓極化天線單元以其中心為轉軸的角度姿態，表徵了天線單元初始相位的信息。本實施例天線陣列同平面放置，圓極化天線單元的角度姿態全部相同，實現了同相位分布，對應了陣列法線方向的波束指向。功率分配器13的結構形式與電路形式與相控掃描的功能無關，可以有多種應用。天線陣列的排布形式與相控掃描的功能無關，可以有多種形式。天線單元與機械旋轉設備對應組裝；機械轉動設備獨立控制。強迫饋電功率分配網絡結構以具體的傳輸線形式實現具體電路，完成陣列各單元接收信號的合成。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範圍。
權利要求1.一種機械式相控掃描陣列天線，包括N根圓極化天線單元(111、112、…11N)構成的天線陣列、功率分配器網絡(13)和埠連接的同軸線(14)，所述同軸線(14)包括一根輸入同軸線和N根輸出同軸線，所述N為大於等於I的整數，所述輸入同軸線和輸出同軸線都具有內導體和外導體，所述輸入同軸線和輸出同軸線都具有連接功率分配器的連接端和連接外部設備的信號端，所述圓極化天線單元具有信號輸入端；其特徵在於還包括N個旋轉設備(12)，所述每個圓極化天線單元都架設在一個旋轉設備(12)上，通過旋轉設備的旋轉控制每個圓極化天線單元的角度姿態；所述功率分配器網絡(13)為強迫饋電工作方式的功率分配器，其具有內腔 、位於內腔一側的輸入側金屬壁以及與輸入側金屬壁相對的位於內腔另一側的輸出側金屬壁，所述內腔內填充有介質；所述輸入同軸線的連接端外導體連接至所述功率分配器的輸入側金屬壁，所述輸入同軸線的連接端內導體穿過所述功率分配器內腔連接所述功率分配器的輸出側金屬壁；所述每一個圓極化天線單元(111、112、-11N)的信號輸入端都連接一個輸出同軸線的連接端內導體，並穿過所述功率分配器內腔連接至所述功率分配器的輸入側金屬壁，所述各輸出同軸線的連接端外導體懸空。
2.一種機械式相控掃描陣列天線，包括N根圓極化天線單元(111、112、…11N)構成的天線陣列、功率分配器網絡(13)和埠連接的同軸線(14)，其特徵在於還包括N個旋轉設備(12)，所述每個圓極化天線單元都架設在一個旋轉設備(12)上，通過旋轉設備的旋轉控制每個圓極化天線單元的角度姿態；所述功率分配器網絡(13)為空間饋電功率分配器網絡，空間饋電功率分配器網絡直接通過輻射以場耦合的方式與天線陣列的單元實現連接。
專利摘要本實用新型涉及一種陣列天線，是一種機械式相控掃描陣列天線，包括N根圓極化天線單元構成的天線陣列、功率分配器網絡和同軸線，每個圓極化天線單元都架設在一個旋轉設備上，通過旋轉設備的旋轉控制每個圓極化天線單元的角度姿態，以每個圓極化天線單元不同的角度姿態所對應的相位實現天線陣列的相位配置來控制天線陣列波束指向，實現天線陣列的相控波束掃描功能。本實用新型是基於設置圓極化天線單元自身角度姿態所攜帶的初始相位信息，通過天線陣列的相位配置實現相控的波束掃描。該設計能夠實現天線陣列的相控波束掃描，工作方式簡單靈活，可適應多種應用場合。
文檔編號H01Q21/00GK202797296SQ20122047917
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者李平, 何英高, 王新懷, 邵嫻 申請人:無錫創元電子科技有限公司