CN105870581B - 一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线及实现方法 - Google Patents

一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线及实现方法 Download PDF

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Abstract

一种非阵列口径天线波束倾斜电子控制天线及实现方法，包括口径天线和控制天线，是通过用于产生倾斜波束的激励振子天线和装配结构，来改变馈源喇叭口径面内的电场分布，来实现口径面天线主波束倾斜，并通过周期性激励贴片天线，形成波束在空间中的扫描；所述的口径天线为前馈反射面天线。所述的控制天线包括干扰天线、固定环、固定座、紧压板四个部分；所述的控制天线的极化方式包括但不限于线极化、双线极化、圆极化和双圆极化。本发明克服了现有技术的不足，该方法不需要对天线单元进行阵列，具有结构简单，容易实现，方便控制的优点。

Description

一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线及实现方法
技术领域
本发明涉及波束控制技术领域，具体属于一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线及实现方法。
背景技术
现有的实现波束扫描的方法主要有：
1)机械扫描利用电机驱动天线绕与卫星的连线周期性运动，实现天线主波束的空间扫描。这种方式受到机械结构的限制，扫描速度较低，精度较差。
2)单脉冲扫描利用和差天线波导网络获取天线姿态信息，驱动天线。这种方式精度非常高，但是成本昂贵，需要高精度的跟踪接收机。
3)相控阵扫描利用数量庞大的收发组件组成阵列，通过控制特定单元的相位幅度，实现扫描波束。这种方式可以形成多个扫描波束，但是成本极其昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供了一种非阵列口径天线波束倾斜电子控制的实现方法，克服了现有技术的不足，通过设计用于产生倾斜波束的激励振子天线和装配结构，来改变馈源喇叭口径面内的电场分布，实现口径面天线主波束倾斜，并通过周期性激励贴片天线，形成波束在空间中的扫描，可以不受机械结构的限制，因此可以实现很高的扫描速度，同时该方法不需要对天线单元进行阵列，具有结构简单，容易实现，方便控制的优点。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线，包括用于产生辐射波束的口径天线和用于产生干扰波束的控制天线，所述的口径天线为前馈反射面天线，所述的前馈反射面天线包括馈源喇叭和馈源波导，所述的馈源喇叭上方设有馈源口，所述的馈源喇叭外表面设有固定环，所述的固定环上设有若干个固定座，所述的固定座上方均设有干扰天线；所述的控制天线包括干扰天线、固定环、固定座、紧压板四个部分。
进一步，所述干扰天线通过固定座上的固定孔和螺丝固定到固定座上，并用紧压板压紧，固定座通过底部的固定孔，使用螺丝固定到固定环上。固定环通过侧面的螺孔，使用螺丝固定到馈源喇叭上。
进一步，所述的若干个固定座为4个，所述的4个固定座呈对称分布，形成两个垂直相交的对称轴，分别为长轴和短轴，所述的长轴是对称距离较大的对称轴，所述的短轴是对称距离较小的对称轴，所述的长轴指向要与来波极化方向一致，所述的长轴长度不小于波长的1.5倍，所述的短轴长度不大于波长的0.5倍。
进一步，所述的干扰天线包括但不限于贴片天线形式。
进一步，所述的贴片天线包括振子天线辐射器、三极管、匹配馈线、电阻、接地板、匹配A、匹配B、匹配C和馈线连接孔。
进一步，所述的固定环内侧直径与馈源喇叭外侧保持一致；固定环的外侧直径与内侧直径差值不超过波长的1/4。
一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线的实现方法，将安装在四个固定座上的四个干扰天线为编号A、B、C、D，四个干扰天线随着固定座位置分别安装在馈源喇叭口径面处对称位置，干扰天线A通过引脚A连接电压激励信号；干扰天线B通过引脚B连接电压激励信号；干扰天线C通过引脚C连接电压励信号；干扰天线D通过引脚D连接电压激励信号；通过干扰天线和装配结构，来改变馈源喇叭口径面内的电场分布，来实现口径面天线主波束倾斜，并通过周期性激励干扰天线，形成波束在空间中的扫描，
进一步，所述的周期性激励干扰天线包括t0、t1、t2、t3、t4五个状态；
进一步，在t0时刻，引脚A、引脚B、引脚C、引脚D的电压激励信号为0伏，干扰天线A、干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D均没有被激励，馈源喇叭口径面内的表面电流和电磁场分布没有受到影响，其主波束方向保持正常；
进一步，在t1时刻，引脚A的电压激励信号为N伏，引脚B、引脚C、引脚D的电压激励信号为0伏。干扰天线A被电压信号激励，处于工作状态,干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D均没有被激励,干扰天线A产生的电磁辐射场对馈源喇叭口径面内的，靠近干扰天线A较近区域内的表面电流和电磁场分布产生影响，减弱这部分区域表面电流和电磁场的强度。同时，馈源喇叭口径面内靠近干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D的区域内的表面电流和场分布则没有变化,此时，馈源喇叭口径面内的整体电流和场分布与t0时刻相比，在靠近干扰天线A处减弱。馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线A在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
进一步，在t2时刻，引脚B的电压激励信号为N伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线B在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
进一步，在t3时刻，引脚C的电压激励信号为N伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线C在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
进一步，在t4时刻，引脚D的电压激励信号为5伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线D在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
进一步，重复t0、t1、t2、t3、t4的状态，形成对干扰天线A、干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D的周期性电压信号激励，馈源喇叭的主波束的指向，也随之周期性的变化，形成近似空间扫描；
进一步，所述的N为大于零的数字。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
1)扫描速度快。根据载体平台的具体运动特性、路况或者海况，可以设定贴片天线激励的频率；在主控芯片能力范围内，可以实现极高的扫描速度；以10Mhz主频情况下，可以实现100-200赫兹的扫描速度，实现稳定跟踪。
2)跟踪精度高。本发明实现倾斜波束扫描，可以实现0.1度的跟踪精度；通过设计特定尺寸的贴片天线，实现对主波束倾斜角度的控制。根据具体产品要求和倾斜角度需求，具体设计贴片天线。
3)成本低廉。本发明实现波束扫描，不需要电机和活动结构件，也不需额外的香味和幅度控制模块，也不需要昂贵的高精度跟踪接收机。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为干扰天线结构示意图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的描述，但本发明不仅限于这些实例，在为脱离本发明宗旨的前提下，所为任何改进均落在本发明的保护范围之内。
如图所示，本发明所述的一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线，包括用于产生辐射波束的口径天线和用于产生干扰波束的控制天线，所述的口径天线为前馈反射面天线，所述的前馈反射面天线包括馈源喇叭1和馈源波导2，所述的馈源喇叭1上方设有馈源口11，所述的馈源喇叭1外表面设有固定环3，所述的固定环3上设有若干个固定座4，所述的固定座上方均设有干扰天线5；所述的控制天线包括干扰天线5、固定环3、固定座4、紧压板四个部分。
所述干扰天线5通过固定座4上的固定孔和螺丝固定到固定座上，并用紧压板压紧，固定座通过底部的固定孔，使用螺丝固定到固定环上。固定环通过侧面的螺孔，使用螺丝固定到馈源喇叭上。
所述的若干个固定座为4个，所述的4个固定座呈对称分布，形成两个垂直相交的对称轴，分别为长轴和短轴，所述的长轴是对称距离较大的对称轴，所述的短轴是对称距离较小的对称轴，所述的长轴指向要与来波极化方向一致，所述的长轴长度不小于波长的1.5倍，所述的短轴长度不大于波长的0.5倍。
所述的干扰天线5包括但不限于贴片天线形式。
所述的贴片天线包括振子天线辐射器51、三极管52、匹配馈线53、电阻54、接地板55、匹配A56、匹配B57、匹配C58和馈线连接孔59。
所述的固定环3内侧直径与馈源喇叭1外侧保持一致；固定环3的外侧直径与内侧直径差值不超过波长的1/4。
将安装在四个固定座上的四个干扰天线为编号A、B、C、D，四个干扰天线随着固定座位置分别安装在馈源喇叭口径面处对称位置，干扰天线A通过引脚A连接电压激励信号；干扰天线B通过引脚B连接电压激励信号；干扰天线C通过引脚C连接电压激励信号；干扰天线D通过引脚D连接电压激励信号；通过干扰天线和装配结构，来改变馈源喇叭口径面内的电场分布，来实现口径面天线主波束倾斜，并通过周期性激励干扰天线，形成波束在空间中的扫描，
所述的周期性激励干扰天线包括t0、t1、t2、t3、t4五个状态；
在t0时刻，引脚A、引脚B、引脚C、引脚D的电压激励信号为0伏，干扰天线A、干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D均没有被激励，馈源喇叭口径面内的表面电流和电磁场分布没有受到影响，其主波束方向保持正常；
在t1时刻，引脚A的电压激励信号为N伏，引脚B、引脚C、引脚D的电压激励信号为0伏。干扰天线A被电压信号激励，处于工作状态,干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D均没有被激励,干扰天线A产生的电磁辐射场对馈源喇叭口径面内的，靠近干扰天线A较近区域内的表面电流和电磁场分布产生影响，减弱这部分区域表面电流和电磁场的强度。同时，馈源喇叭口径面内靠近干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D的区域内的表面电流和场分布则没有变化,此时，馈源喇叭口径面内的整体电流和场分布与t0时刻相比，在靠近干扰天线A处减弱。馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线A在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
在t2时刻，引脚B的电压激励信号为N伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线B在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
在t3时刻，引脚C的电压激励信号为N伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线C在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
在t4时刻，引脚D的电压激励信号为5伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线D在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
重复t0、t1、t2、t3、t4的状态，形成对干扰天线A、干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D的周期性电压信号激励，馈源喇叭的主波束的指向，也随之周期性的变化，形成近似空间扫描；
所述的N为大于零的数字。
馈源喇叭连接馈电波导，再连接正交模变换器，再连接低噪声功率放大器，再连接信号强度捕捉模块获取。
其中，本发明使用的波束控制天线包括但不限于贴片天线形式，实现波束倾斜；波束控制天线的极化方式包括但不限于线极化、双线极化、圆极化、双圆极化等各种极化特征；本发明使用贴片天线数量为偶数，但不限于偶数；本发明使用贴片天线放置在双反射面馈源口面附近，但不限于双反射面天线馈源；本发明控制贴片天线周期性激励，但不限于每个周期内被激励贴片天线的数量。
本发明由于采用了芯片控制激励贴片天线，实现主波束倾斜，可以不受机械结构的限制，因此可以实现很高的扫描速度。本发明根据具体天线口径设计相应的贴片天线，可以控制主波束倾斜较小的角度，因此可以实现很高精度的偏转。本发明实现了双线极化、双圆极化口径天线的波束倾斜控制。

Claims (6)

1.一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线，包括用于产生辐射波束的口径天线和用于产生干扰波束的控制天线，其特征在于：所述的口径天线为前馈反射面天线，所述的前馈反射面天线包括馈源喇叭和馈源波导，所述的馈源喇叭上方设有馈源口，所述的馈源喇叭外表面设有固定环，所述的固定环上设有若干个固定座，所述的固定座上方均设有干扰天线；所述的控制天线包括干扰天线、固定环、固定座、紧压板四个部分，所述的若干个固定座为4个，所述的4个固定座呈对称分布，形成两个垂直相交的对称轴，分别为长轴和短轴，所述的长轴是对称距离较大的对称轴，所述的短轴是对称距离较小的对称轴，所述的长轴指向要与来波极化方向一致，所述的长轴长度不小于波长的1.5倍，所述的短轴长度不大于波长的0.5倍，将安装在四个固定座上的四个干扰天线为编号A、B、C、D，四个干扰天线随着固定座位置分别安装在馈源喇叭口径面处对称位置，干扰天线A通过引脚A连接电压激励信号；干扰天线B通过引脚B连接电压激励信号；干扰天线C通过引脚C连接电压励信号；干扰天线D通过引脚D连接电压激励信号；通过干扰天线和装配结构，来改变馈源喇叭口径面内的电场分布，来实现口径面天线主波束倾斜，并通过周期性激励干扰天线，形成波束在空间中的扫描。
2.根据权利要求1所述的一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线，其特征在于：所述干扰天线通过固定座上的固定孔和螺丝固定到固定座上，并用紧压板压紧，固定座通过底部的固定孔，使用螺丝固定到固定环上，固定环通过侧面的螺孔，使用螺丝固定到馈源喇叭上。
3.根据权利要求1所述的一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线，其特征在于：所述的干扰天线包括贴片天线形式。
4.根据权利要求3所述的一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线，其特征在于：所述的贴片天线包括振子天线辐射器、三极管、匹配馈线、电阻、接地板、匹配A、匹配B、匹配C和馈线连接孔。
5.根据权利要求1所述的一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线，其特征在于：所述的固定环内侧直径与馈源喇叭外侧直径保持一致；固定环的外侧直径与内侧直径差值不超过波长的1/4。
6.根据权利要求1所述的一种非阵列口径天线波束倾斜电子天线的实现方法，其特征在于：所述的周期性激励干扰天线包括t0、t1、t2、t3、t4五个状态；
在t0时刻，引脚A、引脚B、引脚C、引脚D的电压激励信号为0伏，干扰天线A、干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D均没有被激励，馈源喇叭口径面内的表面电流和电磁场分布没有受到影响，其主波束方向保持正常；
在t1时刻，引脚A的电压激励信号为N伏，引脚B、引脚C、引脚D的电压激励信号为0伏，干扰天线A被电压信号激励，处于工作状态,干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D均没有被激励，干扰天线A产生的电磁辐射场减弱了馈源喇叭口径面内靠近干扰天线A较近区域内的表面电流和电磁场的强度；同时，馈源喇叭口径面内靠近干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D的区域内的表面电流和场分布则没有变化，此时，馈源喇叭口径面内的整体电流和场分布与t0时刻相比，在靠近干扰天线A处减弱；馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线A在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
在t2时刻，引脚B的电压激励信号为N伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线B在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
在t3时刻，引脚C的电压激励信号为N伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线C在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
在t4时刻，引脚D的电压激励信号为5伏，其他引脚的电压激励信号为0伏，馈源喇叭主波束发生偏转，偏转方向与干扰天线D在馈源喇叭口径面偏置方向相反；
重复t0、t1、t2、t3、t4的状态，形成对干扰天线A、干扰天线B、干扰天线C、干扰天线D的周期性电压信号激励，馈源喇叭的主波束的指向也随之周期性的变化，形成近似空间扫描；所述的N为大于零的数字。
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