圓柱型一體化有源相控陣天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術應用領域，涉及一種相控陣天線。
【背景技術】
[0002]相控陣天線具有波束指向、波束形成快速變化的能力，易于形成多個波束，可在空間實現(xiàn)信號功率合成，使得相控陣雷達可完成多種功能。相對于機械掃描的天線系統(tǒng)，有源相控陣天線系統(tǒng)具有掃描快，波束控制靈活等優(yōu)點，易實現(xiàn)空間定向與濾波以及多波束功能，滿足了現(xiàn)代雷達和通信技術越來越高的要求，從而得到廣泛的應用。
[0003]傳統(tǒng)的相控陣天線如圖1所示，每一個天線單元連接一個T/R組件，通過饋電網絡連接到環(huán)形器、接收機及波控系統(tǒng)等。在工作期間通過波控系統(tǒng)控制全部T/R組件一起工作，依靠對各個T/R組件的幅度相位控制來實現(xiàn)波束的控制和掃描功能。傳統(tǒng)的平面相控陣天線存在以下問題:
[0004](1)為了實現(xiàn)全向掃描能力，平面相控陣要么增加天線在各個方向的輻射陣面，要么使得相控陣天線增加機械掃描的功能。這兩種方式不僅增加了天線系統(tǒng)的復雜度，也增加了功耗和對散熱的要求，對于相控陣的T/R組件的幅度相位，以及機械旋轉關節(jié)的控制需要更加的精準。
[0005](2)平面相控陣掃描時需要全部的天線單元和T/R組件一起工作，以形成波束指向，這種方式不但增加天線的散熱及功耗，在掃描角度過大時，也使方向圖變得不對稱，掃描精度降低。

【發(fā)明內容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種圓柱型有源相控陣，通過多路開關取代傳統(tǒng)相控陣的饋電網絡來控制T/R組件的工作狀態(tài)，根據掃描角度的不同，打開相應的24組T/R組件進行工作，其余的T/R組件關閉，結合在較小掃描范圍內(± 1.875° )對T/R組件幅度相位進行控制來實現(xiàn)俯仰和方位二維掃描的功能，同時也可以打開全部的T/R組件以產生全向波束。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括96個直線輻射陣列，所述的96個直線輻射陣列平行排列構成一個圓柱陣面，每個直線輻射陣列包括8個輻射單元和8個移相器，實現(xiàn)在俯仰面的波束掃描；每個輻射縱列分別通過一個T/R組件連接開關陣列，通過開關陣列將96個直線輻射陣列分為4組；天線波束定向工作時，兩路射頻信號分別通過功放和環(huán)行器進入4路1:2開關功分組合，4路1 '2開關功分組合根據波控給出的方位信號，選擇對應的兩路進入各自的和差比較器，兩個和差比較器分別接入開關陣列，通過T/R組件，到達各自對應的直線輻射陣列；當掃描角度小于1.875°時，用移相器控制對應的直線輻射陣列實現(xiàn)方位波束掃描，當掃描角度大于1.875°時，用開關矩陣實現(xiàn)方位波束掃描；天線波束全向工作時，通過96個T/R組件與96個直線福射陣列形成全向波束。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:采用圓柱型相控陣天線形式，不需要增加陣面數量或者機械掃描就可以由單獨天線實現(xiàn)方位面全向掃描能力，且降低了天線系統(tǒng)的復雜度和功耗，解決了散熱等問題。
[0009]本發(fā)明是一種一體化多功能相控陣天線，可同時產生2個發(fā)射或接收波束，可以產生定向波束，還可產生全向波束，支持和/差波束測角功能。本發(fā)明具有天線增益高、波束切換快等優(yōu)點，無需穩(wěn)定平臺即可消除船搖影響，可進一步提高系統(tǒng)的抗干擾和抗截獲能力。采用相控陣天線進行通信，不僅提高了系統(tǒng)的作用距離，還降低了發(fā)射功率，并有利于用固態(tài)功率放大技術實現(xiàn)系統(tǒng)的信號發(fā)射能力。
【附圖說明】
[0010]圖1是傳統(tǒng)相控陣天線系統(tǒng)組成框圖；
[0011]圖2是本發(fā)明的相控陣天線系統(tǒng)組成框圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0013]本發(fā)明涉及一種二維相掃技術，可進行水平360°和垂直-30?30°的波束掃描，將波束精確指向其他通信成員，同時支持高速數據分發(fā)以及和差波束測角功能。
[0014]本天線方案采用圓柱陣天線形式，圓柱陣面由96個輻射縱列組成一個圓柱、每個陣列包含8個輻射單元以及8個移相器，以實現(xiàn)在俯仰面的波束掃描。96個輻射縱列在方位面上把圓柱陣分成了 96等份，每一個陣列在方位面上相當于3.75°的角度。每個輻射縱列各帶一個T組件，通過96X2個1:3開關將96個輻射縱列分為4組，再通過四個和差比較器形成4路獨立的和差波束。4路獨立的和差信號通過4路1:2開關功分組合及環(huán)行器，可以分時形成全向波束與兩路定向波束。
[0015]波束定向工作時，圓柱陣面相鄰的24個輻射縱列可組成一個陣面，當掃描角度小于1.875°時，用移相器控制實現(xiàn)方位波束掃描，當掃描角度大于1.875°時，用多路開關矩陣實現(xiàn)方位波束掃描。
[0016]當天線波束全向工作時，多路開關打開全部的96個T/R組件，通過96個T/R組件與96個輻射縱列形成全向波束。
[0017]如圖2所示，本發(fā)明的實施例采用圓柱陣天線形式，圓柱陣面由96個輻射縱列組成一個圓柱、每個陣列包含8個輻射單元以及8個移相器，以實現(xiàn)在俯仰面的波束掃描。96個輻射縱列各帶一個T組件，通過96X2個1:3開關將96個輻射縱列分為4組，再通過四個和差比較器形成4路獨立的和差波束。4路獨立的和差信號通過4路1:2開關功分組合以及環(huán)行器，可以分時形成全向波束與兩路定向波束。
[0018]天線系統(tǒng)工作原理:天線工作時，圓柱陣面相鄰的24個輻射縱列可組成一個陣面，當掃描角度小于1.875。時，用移相器控制實現(xiàn)波束掃描，當掃描角度大于1.875。時，用開關矩陣實現(xiàn)方位波束掃描。
[0019]當波束定向工作時，到達天線的兩路射頻信號，分別通過兩個功放通過環(huán)行器進入4路1:2開關功分組合，功分組合根據波控給出的方位信號，選擇對應的兩路進入各自的和差比較器，兩個和差比較器分別進入各自對應的1:12路開關功分陣以及12路開關陣后，通過T/R組件，到達各自對應的輻射縱列。
[0020]當天線波束全向工作時，通過與定向波束公用的通道1進入4路1:2開關功分組合，通過開關選擇，把信號通過四個和差比較器，利用所有8個1:12路開關功分陣以及12路開關陣后，通過96個T/R組件與96個輻射縱列形成全向波束。
[0021]為了校準接收和差通道的幅相一致性，在和差比較器前，加入一個40dB的定向耦合器與一個監(jiān)測信號源，通過定向耦合器的耦合口灌入信號，對所對應的和差通道進行幅度與相位的校準。
【主權項】
1.一種圓柱型一體化有源相控陣天線，包括96個直線輻射陣列，其特征在于:所述的96個直線輻射陣列平行排列構成一個圓柱陣面，每個直線輻射陣列包括8個輻射單元和8個移相器，實現(xiàn)在俯仰面的波束掃描；每個輻射縱列分別通過一個T/R組件連接開關陣列，通過開關陣列將96個直線輻射陣列分為4組；天線波束定向工作時，兩路射頻信號分別通過功放和環(huán)行器進入4路1:2開關功分組合，4路1 '2開關功分組合根據波控給出的方位信號，選擇對應的兩路進入各自的和差比較器，兩個和差比較器分別接入開關陣列，通過T/R組件，到達各自對應的直線輻射陣列；當掃描角度小于1.875°時，用移相器控制對應的直線輻射陣列實現(xiàn)方位波束掃描，當掃描角度大于1.875。時，用開關矩陣實現(xiàn)方位波束掃描；天線波束全向工作時，通過96個T/R組件與96個直線福射陣列形成全向波束。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種圓柱型一體化有源相控陣天線，96個直線輻射陣列平行排列構成一個圓柱陣面，每個直線輻射陣列包括8個輻射單元和8個移相器，實現(xiàn)在俯仰面的波束掃描；每個輻射縱列分別通過一個T/R組件連接開關陣列，通過開關陣列將96個直線輻射陣列分為4組，通過環(huán)形器連接功放。本發(fā)明不需要增加陣面數量或者機械掃描就可以由單獨天線實現(xiàn)方位面全向掃描能力，且降低了天線系統(tǒng)的復雜度和功耗，解決了散熱等問題。
【IPC分類】H01Q1/36, H01Q21/00, H01Q1/50, H01Q1/52
【公開號】CN105390822
【申請?zhí)枴緾N201510872922
【發(fā)明人】程喆, 李艷, 李長源, 張麗平, 關志勇, 謝飛
【申請人】中國電子科技集團公司第二十研究所
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月3日