CN103794884A - 一种实现反射面天线波束二维扫描的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，馈源阵列中的每个馈源(6)通过相应的馈电通道与功率分配网络(2)相连，每个馈电通道包括放大器(5)、移相器(4)和衰减器(3)；本发明方法通过馈电通道衰减器的调节选择馈电通道中放大器的工作状态，继而实现激励馈源位置的选择和/或馈电幅度的加权，可实现在较大的角度扫描跨度，同时反射面天线具有较高的口面效率；通过馈电通道中移相器的相位调配可实现天线馈源的相位加权。本发明能够减小天线馈电***的复杂度，提高天线的口面效率；使得波束扫描能力更灵活，可靠性更高。

Description

一种实现反射面天线波束二维扫描的方法

技术领域

本发明涉及一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，属于反射面天线设计领域。

背景技术

如图1所示，反射面天线包括天线反射面11和馈源阵列12。传统的通过反射面天线实现波束二维扫描的方式是采用相控阵馈源对反射面馈电，通过馈源阵的前推及阵元的相位加权来补偿扫描中由反射面形成的相差；或者采用组合馈源技术通过多端口矩阵放大器来实现馈电网络的变化。以上两种方式或者天线口面效率较低，或者馈电***复杂，且通过多端口矩阵放大器来进行波束切换时不能实现波束连续扫描。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种实现反射面天线波束二维扫描的方法；能够减小天线馈电***的复杂度，提高天线的口面效率；使得波束扫描能力更灵活，可靠性更高。

一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，馈源阵列中的每个馈源通过相应的馈电通道与功率分配网络相连，每个馈电通道包括放大器、移相器和衰减器；功率分配网络依次通过移相器和衰减器与放大器相连，或者功率分配网络依次通过衰减器和移相器与放大器相连；放大器与相应的馈源相连；通过馈电通道衰减器的衰减量调节来选择馈源的通断和/或馈电幅度的加权；通过移相器相移量的调节实现馈源的相位加权。

天线波束的切换通过激励馈源阵列中不同的馈源来实现，在相邻波束之间的切换是通过相邻馈源的递推切换来实现的。

相邻波束之间切换时，波束的连续性通过相应馈电通道中移相器的相位调配实现。

形成一个波束的馈源的数目大于等于1个，且不同波束之间可以采用不同数目的馈源同时工作。

所述反射面天线为单波束天线或多波束天线。

本发明的设计原理：

放置在反射面天线焦点的馈源对天线波束的形成贡献最大，但是不能实现波束扫描；放置在反射面天线焦平面的馈源对波束形成具有较大的贡献，当馈源偏离焦点时，根据几何光学的原理可知，天线波束指向将发生一定的偏离（相对于馈源在焦点时），采用多馈源工作时，通过馈源的相位加权来补偿扫描路径中相位差，实现天线波束的扫描。

当放大器输入端口的幅度激励达到一定的量值时，可以激励放大器工作，产生一定的功率输出。当输入端口的激励远小于该量值时，放大器不被激励，无功率输出。当激励电平满足放大器的线性工作要求时，可以通过输入电平的调节实现输出功率大小的控制，继而实现馈源的幅度加权。

本发明与现有技术相比有益效果为：

1、馈源馈电***连接关系简单。与传统的通过相控阵馈源激励的反射面天线或采用组合馈源技术通过多端口矩阵放大器来实现馈电网络变化的设计相比馈电***连接关系更加简单。

2、本发明所使用的方法，与采用组合馈源技术通过多端口矩阵放大器实现波束扫描的方法相比可以实现波束连续扫描，且馈电***连接关系简单。

3、天线口面效率更高。传统采用馈源阵前推的相控阵馈源激励反射面天线实现二维扫描的方法，由于馈源前推以后，天线波束展宽，孔径效率下降，致使整个天线的口面效率下降。随着扫描角度的增加，要求馈源阵列前推的距离增加，馈源规模增加，天线口面效率下降更加严重。

4、波束控制更加灵活。本发明所采用的方法，馈电通道中的衰减器不但可以控制馈源的通断，还可以实现馈源的幅度加权；馈电通道中的移相器可以实现馈源的相位加权。具有幅度及相位加权能力的馈源阵列具有更高的波束设计灵活性。

附图说明

图1为反射面天线组成示意图；

图2为馈源阵列馈电***连接示意图；

图3为馈源阵列排布示意图；

图4为参考波束馈源的位置；

图5为波束向-Y方向扫描时的馈源变化；

图6为波束向-X方向扫描时的馈源变化；

图7为波束向-135°方向扫描时的馈源变化；

图8为使用本发明方法仿真的二维±2°波束覆盖图（图示为1/4区域）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，反射面天线的馈源阵列馈电***包括多个馈源通道、功率分配网络和预先放大器，馈源阵列中的每个馈源6通过相应的馈电通道与功率分配网络2相连，每个馈电通道包括放大器5、移相器4和衰减器3；功率分配网络2依次通过移相器4和衰减器3与放大器5相连，或者功率分配网络2依次通过衰减器3和移相器4与放大器5相连；放大器5与馈源6相连。通过馈电通道中衰减器的调节选择馈电通道中放大器的工作状态，继而实现激励馈源位置的选择和/或馈电幅度的加权，可实现较大的角度扫描跨度，同时反射面天线具有较高的口面效率；通过馈电通道中移相器的相位调配可实现天线馈源的相位加权。采用馈源递推的方法，结合移相器的使用可以实现波束的连续扫描。

相邻辐射波束之间的切换是通过辐射馈源之间的递推切换实现，具体切换途径为调节放大器前端衰减器的衰减量。

通过衰减器衰减量的调节控制进行放大器输出功率的调节实现馈源的幅度加权；通过馈电通道移相器相移量的调节实现馈源相位加权。

对于脉冲工作体制的天线，波束变换可以通过在发射脉冲之间进行馈源切换实现，不影响波束的连续性。

对于连续波工作体制的天线，波束切换采用馈源替换的方式即：需要参与下一波束形成的馈源提前工作（即关闭相应馈电通道的衰减器），待该部分馈源正常工作以后，多余的馈源断电（即相应馈电通道的衰减器开启）。

实施例：根据如上思想，设计了一种混合二维扫描的反射面天线，反射面物理口径为直径26m的圆口径天线，天线馈源阵列总共143个馈源，扫描范围二维±2°，所采用的馈源阵列示意图如图3所示。需要说明的是，馈源阵列的排布方式不限于图3所示的矩形规则排布。

为了使放大器输出效率最大，以下设计中各个馈电通道的放大器均工作在饱和态，每个馈源工作时幅度均相等，波束变化仅依靠馈源的变化及相位的加权实现。

图4给出了参考波束即波束指向（0°,0°）时所使用馈源；图5给出了波束指向（0°,-0.64°）时所使用的馈源，由图4与图5的比较可知，波束（0°,-0.64°）所使用的馈源整体向+Y方向发生一个单元的平移。图6给出了波束指向（-0.58°,0°）时所使用的馈源，由图4与图6的比较可知，波束（-0.58°,0°）所使用的馈源整体向+X方向发生一个单元的平移。图7给出了波束指向（-0.34°,-0.45°）时所使用的馈源，由图4与图7的比较可知，波束（-0.34°,-0.45°）所使用的馈源整体向+X及+Y方向发生一个单元的平移。依次类推，可以实现天线波束在一定范围的二维扫描。图8给出了使用全阵面1/4区域的馈源，波束在X方向（-2°～0°），Y方向（-2°～0°）区域的波束扫描覆盖图。

下表给出了上述设计天线的波束指向方向性系数及对于的天线口面效率统计结果。

表1天线波束性能统计表

由上表的统计结果可知，采用本发明方法设计的反射面天线可以实现二维波束扫描，且在±2°的扫描范围内，天线口面效率在58%～70%之间。采用相控阵馈电反射面天线实现如上设计的扫描范围时，天线的口面效率一般不超过40%。经过比较可知采用本发明所使用的方法，在实现天线波束二维扫描的同时大大提高了反射面天线的口面效率。同时减小了***对放大器输出功率的要求。

如果在设计中辐射馈源采用幅度加权及相位加权的方式，可以使天线口面效率进一步提高，但是此时有源***效率将受到一定的损失。

本发明方法适用于对天线口面效率要求较高、天线波束控制灵活度高的反射面天线设计，具有很强的实用性及市场竞争力。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，其特征在于：馈源阵列中的每个馈源(6)通过相应的馈电通道与功率分配网络(2)相连，每个馈电通道包括放大器(5)、移相器(4)和衰减器(3)；功率分配网络（2）依次通过移相器(4)和衰减器(3)与放大器（5）相连，或者功率分配网络（2）依次通过衰减器(3)和移相器(4)与放大器（5）相连；放大器（5）与相应的馈源（6）相连；通过馈电通道衰减器(3)的衰减量调节来选择馈源(6)的通断和/或馈电幅度的加权；通过移相器的相移量的调节实现馈源的相位加权。

2.根据权利要求1所述的一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，其特征在于：天线波束的切换通过激励馈源阵列中不同的馈源（6）来实现，在相邻波束之间的切换是通过相邻馈源（6）的递推切换来实现的。

3.根据权利要求2所述的一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，其特征在于：相邻波束之间切换时，波束的连续性通过相应馈电通道中移相器（4）的相位调配实现。

4.根据权利要求1所述的一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，其特征在于：形成一个波束的馈源（6）的数目大于等于1个，且不同波束之间可以采用不同数目的馈源同时工作。

5.根据权利要求1所述的一种实现反射面天线波束二维扫描的方法，其特征在于，所述反射面天线为单波束天线或多波束天线。

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