CN101136504A - 镜面扫描阵列天线的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镜面扫描阵列天线的制造方法，它涉及移动卫星通信及移动测控领域中的一种波束扫描天线的制造技术。它由阵列天线、镜面旋转机构、反射镜面等部件组成。本发明采用阵列天线馈电的方式，通过旋转反射镜面的方式达到波束扫描的目的。本发明具有结构紧凑、体积小、重量轻、伺服结构简单、低加工成本等优点，可广泛用于移动卫星通信、车载或船载测控系统等场合作各种卫星通信或单收天线。

Description

镜面扫描阵列天线的制造方法

技术领域

本发明涉及移动卫星通信及移动测控领域中的一种镜面扫描阵列天线的制造技术，特别适用于工作在车载或船载移动卫星通信、测控应用情况下的各种卫星通信或单收天线的制造。

背景技术

目前要使卫星通信天线在车载、船载情况下实现和卫星之间的通信，主要采用三种方法：

一是采用传统抛物面天线或阵列天线，方位和俯仰都采用机械控制的方法，带动整个天线转动。它的不足之处在于结构复杂，需要较大的转动空间和伺服功率。

二是采用低剖面阵列天线，方位面采用机械控制的方法，带动整个天线转动，俯仰面则采用相控的方式实现波束扫描，每个单元天线都需要相应的移相器、接收和发射组件等。它的不足之处在于设备量大，射频插入损耗大，导致等效口面效率较低。

三是采用抛物面或抛物柱面天线，方位面采用机械控制的方法，带动整个天线转动，俯仰面仅转动天线抛物面或抛物柱面，天线馈源则保持不动，实现俯仰面波束扫描。它的不足之处在于抛物面反射面和初级馈源设计复杂，天线在大扫描角时增益下降较大。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种采用阵列天线馈电方式，通过旋转反射镜面的方式实现波束扫描的镜面扫描阵列天线的制造方法。本发明还具有结构紧凑、体积小、重量轻、伺服结构简单、低加工成本等特点。

本发明的目的是这样实现的：

本发明采用阵列天线馈电，通过旋转天线反射面，实现波束扫描的技术，包括步骤：

①根据工作频率设计阵列天线1，阵列天线1根据天线增益的要求设计M×N个阵列单元11的阵列口面，M或N为大于1的自然数，阵列天线1通过支架用紧固件安装在天线平台上，辐射波束指向反射镜面2；

②根据波束辐射特性、依据X、Y轴设计镜面旋转机构3，镜面旋转机构3在天线平台上沿Z轴正方向通过支撑件安装在阵列天线1的上部，镜面旋转机构3带动反射镜面2绕X轴旋转、或绕Y轴旋转、或绕X轴与Y轴旋转；

③根据阵列天线1的阵列口面、波束辐射特性设计反射镜面2，反射镜面2用紧固件安装在镜面旋转机构3的安装面上，反射镜面2反射接收波束、或反射发射波束使其改变传输方向，反射镜面2随镜面旋转机构3旋转实现波束扫描；

完成镜面扫描阵列天线的制造。

本发明第①步骤中所述的阵列天线1的组阵结构为矩形阵、或圆形阵、或锥削分布阵、或不等间距分布的矩形阵、或不等间距分布的锥削分布阵。

本发明第①步骤中所述的阵列单元11的单元构成为微带天线、或波导形式的天线、或缝隙天线、或喇叭天线、或振子形式的天线。

本发明第②步骤中所述的镜面旋转机构3的旋转中心与阵列天线1的距离为20mm至10000mm。

本发明第③步骤中所述的反射镜面2由导电平面薄板材料制成、或介质材料制成，介质材料表面涂覆有导电层。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.本发明采用反射镜面2、镜面旋转机构3，使用时只需将反射镜面2绕X轴旋转、或绕Y轴旋转，即可实现天线的一维扫描，若绕X轴与Y轴同时旋转一定角度，则可实现二维扫描，达到波束扫描的目的。

2.本发明的反射镜面2由导电薄板材料或介质材料制成，使反射面重量较轻，反射镜面2旋转时所需要的伺服功率很小，伺服机构简单，结构紧凑、体积小、加工成本很低。

3本发明阵列天线1的组阵结构形式多样，可以对波束旁瓣特性灵活控制，实现天线的低副瓣特性。

附图说明

图1是本发明结构示意图，图1中1为阵列天线、2为反射镜面、3为镜面旋转机构。

图2是本发明反射镜面2实施例初始角度为α波束指向原理图。

图3是本发明反射镜面2实施例旋转角度为β时波束指向原理图。

具体实施方式

参见图1至图3，本发明采用阵列天线馈电，通过旋转天线反射面，实现波束扫描的技术，包括步骤：

①根据工作频率设计阵列天线1，阵列天线1根据天线增益的要求设计M×N个阵列单元11的阵列口面，M或N为大于1的自然数，阵列天线1通过支架用紧固件安装在天线平台上，辐射波束指向反射镜面2。本发明阵列天线1的组阵结构为矩形阵、或圆形阵、或锥削分布阵、或不等间距分布的矩形阵、或不等间距分布的锥削分布阵。本发明阵列单元11的单元构成为微带天线、或波导形式的天线、或缝隙天线、或喇叭天线、或振子形式的天线。

实施例阵列天线1由4×4个阵列单元11构成阵列口面，其尺寸长×宽×高为100mm×100mm×50mm。阵列天线1的作用是完成电磁信号的接收或发射。实施例阵列天线1组阵结构为4×4个排列的矩形阵，其矩形阵组阵的目的是使俯仰和垂直两个面的波束宽度基本一致。实施例阵列单元11的单元构成为波导形式的天线，其波导形式的天线在高频时具有较高的辐射效率。

②根据波束辐射特性、依据X、Y轴设计镜面旋转机构3，镜面旋转机构3在天线平台上沿Z轴正方向通过支撑件安装在阵列天线1的上部，镜面旋转机构3带动反射镜面2绕X轴旋转、或绕Y轴旋转、或绕X轴与Y轴旋转。本发明镜面旋转机构3的旋转中心与阵列天线1的距离为20mm至10000mm。

实施例镜面旋转机构3带动反射镜面2绕X轴旋转，实现天线在YOZ平面内进行一维扫描。使用时只需将反射镜面2绕X轴旋转、或绕Y轴旋转，即可实现天线的一维扫描，若绕X轴与Y轴同时旋转一定角度，则可实现二维扫描，达到波束扫描的目的。实施例镜面旋转机构3的旋转中心与阵列天线1的距离为180mm，镜面旋转机构3的旋转中心与阵列天线1的距离大小根据波束辐射特性确定。镜面旋转机构3自制设计成圆柱形结构的手动或电动的旋转机构。

③根据阵列天线1的阵列口面、波束辐射特性设计反射镜面2，反射镜面2用紧固件安装在镜面旋转机构3的安装面上，反射镜面2反射接收波束、或反射发射波束使其改变传输方向，反射镜面2随镜面旋转机构3旋转实现波束扫描。本发明反射镜面2由导电平面薄板材料制成、或介质材料制成，介质材料表面涂覆有导电层。

实施例反射镜面2用沉头螺钉固定在镜面旋转机构3的安装面上。实施例反射镜面2由3mm厚的铝合金薄板材料制成，加工成平面结构的反射面，因此具有重量轻、结构简单、加工成本低等特点。

本发明安装结构参见图1所示，完成镜面扫描阵列天线的制造。

本发明的简要工作原理：

当天线处在发射状态时，阵列天线1发出天线波束，假设天线波束到达反射镜面2的入射角度为α，反射镜面2反射天线波束的反射角也为α，如图2所示。此时绕X轴旋转镜面旋转机构3，旋转镜面旋转机构3带动反射镜面2绕X轴旋转，如图3所示，旋转的角度若为β，则天线波束到达反射镜面2的入射角度为α+β，反射镜面2反射天线波束的反射角也为α+β，因此天线波束相对反射镜面2未旋转时波束改变的角度为2(α+β)-2α＝2β，即天线波束扫描角度为2β。当天线处在接收状态时接收时，天线波束方向与发射相反，传输路径不变。

本发明安装结构如下：本发明阵列天线1、反射镜面2、镜面旋转机构3采用紧固件安装在天线平台上成整体结构，可以车载或船载，实现移动通信，组装成波束扫描阵列天线。

Claims (5)

1.一种镜面扫描阵列天线的制造方法，其特征在于：它采用阵列天线馈电，通过旋转天线反射面，实现波束扫描的技术，包括步骤：

①根据工作频率设计阵列天线(1)，阵列天线(1)根据天线增益的要求设计M×N个阵列单元(11)的阵列口面，M或N为大于1的自然数，阵列天线(1)通过支架用紧固件安装在天线平台上，辐射波束指向反射镜面(2)；

②根据波束辐射特性、依据X、Y轴设计镜面旋转机构(3)，镜面旋转机构(3)在天线平台上沿Z轴正方向通过支撑件安装在阵列天线(1)的上部，镜面旋转机构(3)带动反射镜面(2)绕X轴旋转、或绕Y轴旋转、或绕X轴与Y轴旋转；

③根据阵列天线(1)的阵列口面、波束辐射特性设计反射镜面(2)，反射镜面(2)用紧固件安装在镜面旋转机构(3)的安装面上，反射镜面(2)反射接收波束、或反射发射波束使其改变传输方向，反射镜面(2)随镜面旋转机构(3)旋转实现波束扫描；

完成镜面扫描阵列天线的制造。

2.根据权利要求1所述的镜面扫描阵列天线的制造方法，其特征在于：第①步骤中所述的阵列天线(1)的组阵结构为矩形阵、或圆形阵、或锥削分布阵、或不等间距分布的矩形阵、或不等间距分布的锥削分布阵。

3.根据权利要求1或2所述的镜面扫描阵列天线的制造方法，其特征在于：第①步骤中所述的阵列单元(11)的单元构成为微带天线、或波导形式的天线、或缝隙天线、或喇叭天线、或振子形式的天线。

4.根据权利要求1所述的镜面扫描阵列天线的制造方法，其特征在于：第②步骤中所述的镜面旋转机构(3)的旋转中心与阵列天线(1)的距离为20mm至10000mm。

5.根据权利要求1所述的镜面扫描阵列天线的制造方法，其特征在于：第③步骤中所述的反射镜面(2)由导电平面薄板材料制成、或介质材料制成，介质材料表面涂覆有导电层。

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