CN109524797A - 一种相控阵圆形阵列天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相控阵圆形阵列天线系统，包括圆形阵列天线，圆形阵列天线包括圆形金属反射板和天线单元，天线单元固定在圆形金属反射板上，圆形金属反射板沿圆周分布若干天线单元组；圆形阵列天线的水平方向一排天线单元根据一定排列顺序接到不同的射频开关上，一排中的所有射频开关输出端接到同一个次级功分器，次级功分器的输出端接一个移相器，以上构成水平天线阵列。本发明实现非机械式的信号搜索和追踪，在移动中对信号进行水平方向360度，垂直方向90度方向图扫描追踪；通过电扫描实现信号的搜索和追踪，可靠性更好；电扫描信号捕获时间可以毫秒计算；自身波束可改变，在扫描和追踪中能指向不同方向，能够实现中继等复杂组网。
Description
技术领域
本发明涉及天线的领域，具体涉及一种相控阵圆形阵列天线系统。
背景技术
随着无线通信系统和卫星技术的快速发展，动中通天线系统的应用越来越广泛，如移动卫星电视接收天线、移动卫星宽带接收天线、无线信号检测和自动追踪天线等。这些场景应用的天线都需要具有方向性，同时天线波束具有追踪能力。
海上无法架设移动通信基站，其通信主要靠卫星和短波电台。短波电台频率低，在不需要中继情况下，可以实现100多公里的通信，天线用普通的全向天线，但短波电台带宽窄，只能传输语音。卫星通信是海上通信的主要手段，包括海事电话和宽带数据通信卫星。海事电话属于窄带通信系统，应用普通指向天线，宽带数据通信卫星的地面接收天线必须是高增益、指向性和快速追踪的动中通天线。
卫星电视接收天线是当前动中通天线最大的应用领域，包括船载卫星电视接收天线和车载卫星电视接收天线等，解决了户外长期移动作业和旅游人员的娱乐问题，特别是海上作业人员，长期与陆地缺少信息交流，卫星电视为人员带来娱乐的同时，也有利于心理健康。
陆地上移动中的组网通信和特种通信系统需要动中通天线，用以完成快速信号捕获和追踪。
目前的动中通天线有两种，抛物面天线结合伺服系统组成的动中通天线，以及平板阵列天线结合伺服系统组成的动中通天线。抛物面天线以方向性强和增益高等性能在动中通天线中应用最为广泛，特别是高速数据通信天线，都是用抛物面天线加上伺服系统实现。平板阵列天线以期剖面低等优点在车载卫星电视接收天线中应用比较广泛，在船载卫星电视接收天线中也有较多的应用。
不论基于抛物面天线的动中通天线，还是基于平板阵列天线的动中通天线都需要伺服系统驱动天线进行信号的搜索和追踪，由于伺服系统需要伺服电机(步进电机)、同步轮和同步带等结构件，在长期运行中磨损失效较多，可靠性差。同时，抛物面天线和平板阵列天线其自身波束固定，难以实现多波速或多极化工作，制约复杂系统的工作，如无法实现自组网等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种相控阵圆形阵列天线系统，结合射频开关和移相器等组件，实现非机械式的信号搜索和追踪，从而在移动中对信号进行水平方向360度，垂直方向90度方向图扫描追踪，并能实现单一或多个方向波束追踪。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种相控阵圆形阵列天线系统，主要包括圆形阵列天线，圆形阵列天线包括圆形金属反射板和天线单元，天线单元固定在圆形金属反射板上，所述圆形金属反射板沿圆周分布若干天线单元组，每个天线单元组包括沿垂直方向分布N个天线单元；圆形阵列天线的水平方向一排天线单元根据一定排列顺序接到不同的射频开关上，一排中的所有射频开关输出端接到同一个次级功分器，次级功分器的输出端接一个移相器，以上构成水平天线阵列，水平天线阵列是圆形阵列天线垂直方向上的其中一排，水平天线阵列有N排水平排列的天线单元，所有水平天线阵列相连接的移相器通过功分器合并到一起并从单一射频端口输出，就组合成了完整的相控阵圆形阵列天线，并且射频开关和移相器受控制模块控制，控制模块连接有陀螺仪；所述天线单元在水平方向通过射频开关切换实现360°信号扫描和追踪，在垂直方向通过控制移相器的相位改变每一行天线单元的输入相位。
所述射频开关为一端输入多端输出的器件，输入端固定不变，输出端在控制模块的单片机控制下开启不同的端口。
所述功分器和次级功分器为一端输入多端输出的器件，输入端和输出端都固定不变。
所述控制模块为单片机和多个输入输出接口组成，控制模块与射频开关的控制端口连接，实现射频开关不同输出端口的控制。
所述移相器在控制模块控制下改变信号输出相位。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过电扫描实现信号的搜索和追踪，没有传统动中通天线的机械活动结构，可靠性更好；电扫描信号捕获时间可以毫秒计算，机械扫描捕获信号时间都是以分钟计算，电扫描天线比传统的机械扫描天线的信号追踪速度也快两个数量级以上；自身波束可改变，在扫描和追踪中能指向不同方向，能够实现中继等复杂组网。
2、本发明与传统机械式动中通天线相比，能够更快速实现水平和垂直方向上的波束扫描，没有活动结构件，系统的可靠性更高；与全相控阵天线比较，成本低廉，能够广泛应用与民用卫星、信号追踪和专用组网等方面。
附图说明
图1为本发明的圆形阵列天线结构示意图。
图2为本发明的原理示意图。
附图标记说明：圆形阵列天线1、射频开关2、功分器3、陀螺仪4、移相器5、控制模块6、射频端口7、次级功分器8、天线单元9、圆形金属反射板10。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
实施例：如附图1-2所示，这种相控阵圆形阵列天线系统，主要包括圆形阵列天线1、射频开关2、功分器3、陀螺仪4、移相器5、控制模块6、射频端口7、次级功分器8，圆形阵列天线1包括圆形金属反射板10和天线单元9，圆形金属反射板10用于固定天线单元9以及增加天线单元9前后比。所述圆形金属反射板10沿圆周分布若干天线单元组，每个天线单元组包括沿垂直方向分布N个天线单元9；圆形阵列天线1的水平方向一排天线单元9根据一定排列顺序接到不同的射频开关2上，一排中的所有射频开关2输出端接到同一个次级功分器8，次级功分器8的输出端接一个移相器5，以上构成水平天线阵列，水平天线阵列是圆形阵列天线1垂直方向上的其中一排，水平天线阵列有N排水平排列的天线单元9，所有水平天线阵列相连接的移相器5通过功分器3合并到一起并从单一射频端口7输出，就组合成了完整的相控阵圆形阵列天线，并且射频开关2和移相器5受控制模块6控制，控制模块6连接有陀螺仪4；所述天线单元9在水平方向通过射频开关2切换实现360°信号扫描和追踪，在垂直方向通过控制移相器5的相位改变每一行天线单元9的输入相位。
其中，所述射频开关2为一端输入多端输出的器件，输入端固定不变，输出端在控制模块6的单片机控制下开启不同的端口。所述功分器3和次级功分器8为一端输入多端输出的器件，输入端和输出端都固定不变。所述控制模块6为单片机和多个输入输出接口组成，控制模块6与射频开关2的控制端口连接，实现射频开关2不同输出端口的控制。所述移相器5在控制模块6控制下能改变信号输出相位。
本发明工作过程：
天线工作时，控制模块6控制射频开关2打开相邻的垂直方向天线单元9，实现单一阵列工作模式，如果打开的每一列天线单元9不相邻，实现多阵列、多波束工作模式，每一列天线单元9持续切换就可以实现信号的360°扫描，结合陀螺仪4能过实现信号的追踪。
阵列天线的辐射方向图受阵列中单个天线单元9输入信号的相位控制，天线单元9输入相位不同则天线单元9的辐射方向会发生改变，持续改变天线单元9的相位能够实现天线的波束扫描。天线单元9在水平方向通过射频开关2切换实现360°信号扫描和追踪，在垂直方向通过控制移相器5的相位，改变每一行天线单元9的输入相位，同时改变天线单元9的方向图，通过算法持续改变每一行天线单元9的相位，则实现垂直方向上的波束扫描。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种相控阵圆形阵列天线系统，其特征在于：主要包括圆形阵列天线(1)，圆形阵列天线(1)包括圆形金属反射板(10)和天线单元(9)，天线单元(9)固定在圆形金属反射板(10)上，所述圆形金属反射板(10)沿圆周分布若干天线单元组，每个天线单元组包括沿垂直方向分布N个天线单元(9)；圆形阵列天线(1)的水平方向一排天线单元(9)根据一定排列顺序接到不同的射频开关(2)上，一排中的所有射频开关(2)输出端接到同一个次级功分器(8)，次级功分器(8)的输出端接一个移相器(5)，以上构成水平天线阵列，水平天线阵列是圆形阵列天线(1)垂直方向上的其中一排，水平天线阵列有N排水平排列的天线单元(9)，所有水平天线阵列相连接的移相器(5)通过功分器(3)合并到一起并从单一射频端口(7)输出，就组合成了完整的相控阵圆形阵列天线，并且射频开关(2)和移相器(5)受控制模块(6)控制，控制模块(6)连接有陀螺仪(4)；所述天线单元(9)在水平方向通过射频开关(2)切换实现360°信号扫描和追踪，在垂直方向通过控制移相器(5)的相位改变每一行天线单元(9)的输入相位。
2.根据权利要求1所述的相控阵圆形阵列天线系统，其特征在于：所述射频开关(2)为一端输入多端输出的器件，输入端固定不变，输出端在控制模块(6)的单片机控制下开启不同的端口。
3.根据权利要求1所述的相控阵圆形阵列天线系统，其特征在于：所述功分器(3)和次级功分器(8)为一端输入多端输出的器件，输入端和输出端都固定不变。
4.根据权利要求1或2所述的相控阵圆形阵列天线系统，其特征在于：所述控制模块(6)为单片机和多个输入输出接口组成，控制模块(6)与射频开关(2)的控制端口连接，实现射频开关(2)不同输出端口的控制。
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