CN105390822A - 圆柱型一体化有源相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种圆柱型一体化有源相控阵天线，96个直线辐射阵列平行排列构成一个圆柱阵面，每个直线辐射阵列包括8个辐射单元和8个移相器，实现在俯仰面的波束扫描；每个辐射纵列分别通过一个T/R组件连接开关阵列，通过开关阵列将96个直线辐射阵列分为4组，通过环形器连接功放。本发明不需要增加阵面数量或者机械扫描就可以由单独天线实现方位面全向扫描能力，且降低了天线系统的复杂度和功耗，解决了散热等问题。

Description

圆柱型一体化有源相控阵天线
技术领域
本发明属于天线技术应用领域，涉及一种相控阵天线。
背景技术
相控阵天线具有波束指向、波束形成快速变化的能力，易于形成多个波束，可在空间实现信号功率合成，使得相控阵雷达可完成多种功能。相对于机械扫描的天线系统，有源相控阵天线系统具有扫描快，波束控制灵活等优点，易实现空间定向与滤波以及多波束功能，满足了现代雷达和通信技术越来越高的要求，从而得到广泛的应用。
传统的相控阵天线如图1所示，每一个天线单元连接一个T/R组件，通过馈电网络连接到环形器、接收机及波控系统等。在工作期间通过波控系统控制全部T/R组件一起工作，依靠对各个T/R组件的幅度相位控制来实现波束的控制和扫描功能。传统的平面相控阵天线存在以下问题：
(1)为了实现全向扫描能力，平面相控阵要么增加天线在各个方向的辐射阵面，要么使得相控阵天线增加机械扫描的功能。这两种方式不仅增加了天线系统的复杂度，也增加了功耗和对散热的要求，对于相控阵的T/R组件的幅度相位，以及机械旋转关节的控制需要更加的精准。
(2)平面相控阵扫描时需要全部的天线单元和T/R组件一起工作，以形成波束指向，这种方式不但增加天线的散热及功耗，在扫描角度过大时，也使方向图变得不对称，扫描精度降低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种圆柱型有源相控阵，通过多路开关取代传统相控阵的馈电网络来控制T/R组件的工作状态，根据扫描角度的不同，打开相应的24组T/R组件进行工作，其余的T/R组件关闭，结合在较小扫描范围内(±1.875°)对T/R组件幅度相位进行控制来实现俯仰和方位二维扫描的功能，同时也可以打开全部的T/R组件以产生全向波束。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括96个直线辐射阵列，所述的96个直线辐射阵列平行排列构成一个圆柱阵面，每个直线辐射阵列包括8个辐射单元和8个移相器，实现在俯仰面的波束扫描；每个辐射纵列分别通过一个T/R组件连接开关阵列，通过开关阵列将96个直线辐射阵列分为4组；天线波束定向工作时，两路射频信号分别通过功放和环行器进入4路1：2开关功分组合，4路1：2开关功分组合根据波控给出的方位信号，选择对应的两路进入各自的和差比较器，两个和差比较器分别接入开关阵列，通过T/R组件，到达各自对应的直线辐射阵列；当扫描角度小于1.875°时，用移相器控制对应的直线辐射阵列实现方位波束扫描，当扫描角度大于1.875°时，用开关矩阵实现方位波束扫描；天线波束全向工作时，通过96个T/R组件与96个直线辐射阵列形成全向波束。
本发明的有益效果是：采用圆柱型相控阵天线形式，不需要增加阵面数量或者机械扫描就可以由单独天线实现方位面全向扫描能力，且降低了天线系统的复杂度和功耗，解决了散热等问题。
本发明是一种一体化多功能相控阵天线，可同时产生2个发射或接收波束，可以产生定向波束，还可产生全向波束，支持和/差波束测角功能。本发明具有天线增益高、波束切换快等优点，无需稳定平台即可消除船摇影响，可进一步提高系统的抗干扰和抗截获能力。采用相控阵天线进行通信，不仅提高了系统的作用距离，还降低了发射功率，并有利于用固态功率放大技术实现系统的信号发射能力。
附图说明
图1是传统相控阵天线系统组成框图；
图2是本发明的相控阵天线系统组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明涉及一种二维相扫技术，可进行水平360°和垂直-30～30°的波束扫描，将波束精确指向其他通信成员，同时支持高速数据分发以及和差波束测角功能。
本天线方案采用圆柱阵天线形式，圆柱阵面由96个辐射纵列组成一个圆柱、每个阵列包含8个辐射单元以及8个移相器，以实现在俯仰面的波束扫描。96个辐射纵列在方位面上把圆柱阵分成了96等份，每一个阵列在方位面上相当于3.75°的角度。每个辐射纵列各带一个T组件，通过96×2个1：3开关将96个辐射纵列分为4组，再通过四个和差比较器形成4路独立的和差波束。4路独立的和差信号通过4路1：2开关功分组合及环行器，可以分时形成全向波束与两路定向波束。
波束定向工作时，圆柱阵面相邻的24个辐射纵列可组成一个阵面，当扫描角度小于1.875°时，用移相器控制实现方位波束扫描，当扫描角度大于1.875°时，用多路开关矩阵实现方位波束扫描。
当天线波束全向工作时，多路开关打开全部的96个T/R组件，通过96个T/R组件与96个辐射纵列形成全向波束。
如图2所示，本发明的实施例采用圆柱阵天线形式，圆柱阵面由96个辐射纵列组成一个圆柱、每个阵列包含8个辐射单元以及8个移相器，以实现在俯仰面的波束扫描。96个辐射纵列各带一个T组件，通过96×2个1：3开关将96个辐射纵列分为4组，再通过四个和差比较器形成4路独立的和差波束。4路独立的和差信号通过4路1：2开关功分组合以及环行器，可以分时形成全向波束与两路定向波束。
天线系统工作原理：天线工作时，圆柱阵面相邻的24个辐射纵列可组成一个阵面，当扫描角度小于1.875°时，用移相器控制实现波束扫描，当扫描角度大于1.875°时，用开关矩阵实现方位波束扫描。
当波束定向工作时，到达天线的两路射频信号，分别通过两个功放通过环行器进入4路1：2开关功分组合，功分组合根据波控给出的方位信号，选择对应的两路进入各自的和差比较器，两个和差比较器分别进入各自对应的1：12路开关功分阵以及12路开关阵后，通过T/R组件，到达各自对应的辐射纵列。
当天线波束全向工作时，通过与定向波束公用的通道1进入4路1：2开关功分组合，通过开关选择，把信号通过四个和差比较器，利用所有8个1：12路开关功分阵以及12路开关阵后，通过96个T/R组件与96个辐射纵列形成全向波束。
为了校准接收和差通道的幅相一致性，在和差比较器前，加入一个40dB的定向耦合器与一个监测信号源，通过定向耦合器的耦合口灌入信号，对所对应的和差通道进行幅度与相位的校准。

Claims (1)

1.一种圆柱型一体化有源相控阵天线，包括96个直线辐射阵列，其特征在于：所述的96个直线辐射阵列平行排列构成一个圆柱阵面，每个直线辐射阵列包括8个辐射单元和8个移相器，实现在俯仰面的波束扫描；每个辐射纵列分别通过一个T/R组件连接开关阵列，通过开关阵列将96个直线辐射阵列分为4组；天线波束定向工作时，两路射频信号分别通过功放和环行器进入4路1：2开关功分组合，4路1：2开关功分组合根据波控给出的方位信号，选择对应的两路进入各自的和差比较器，两个和差比较器分别接入开关阵列，通过T/R组件，到达各自对应的直线辐射阵列；当扫描角度小于1.875°时，用移相器控制对应的直线辐射阵列实现方位波束扫描，当扫描角度大于1.875°时，用开关矩阵实现方位波束扫描；天线波束全向工作时，通过96个T/R组件与96个直线辐射阵列形成全向波束。
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