CN203589185U - 多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，包括多个四天线单元子阵和安装四天线单元子阵的阵面安装架构；所述四天线单元子阵有七个，阵面安装架构为正六棱台形，七个四天线单元子阵分别安装在正六棱台形阵面安装架构的上阵面安装平面和六个侧阵面安装平面上。本实用新型利用多面阵与平面阵组合的形式，提高了波束覆盖的空间利用效率，平面阵的采用，提高了单面天线波束的覆盖空间，并可以利用相控阵技术进行局部空间扫描，具有很高的天线效率。在阵面骨架的内部，通过电子开关切换，实现了全空域波束的覆盖。本实用新型特别适用于低轮廓卫星移动通信天线系统。
Description
技术领域
本实用新型属于全空域覆盖卫星移动通信雷达技术领域，尤其是多面全空域覆盖卫星移动通信相控阵天线。
背景技术
目前在通信、雷达等系统所用天线系统以及性能各有特点，但均存在某种不足：1、利用赋形波束的低剖面反射面天线，这种天线系统具有增益高、制造简单等优点，但依然存在体积大、重量大、跟踪速度慢等缺点；2、低剖面的平面阵列天线，这种天线的效率高，制作简单，合成方式灵活等优点，但其机械跟踪方式限制在高速平台上实现灵活波束指向的缺点；3、全相控阵或者一维相控阵天线形式，这种体制的天线具有波束扫描快，跟踪灵活等优点，但存在扫描后增益损失大，制作复杂，且成本较高的缺点。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，具有覆盖范围广、波束跟踪快且剖面低的优点，具有很高的工程使用价值。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，包括多个四天线单元子阵和安装四天线单元子阵的阵面安装架构；所述四天线单元子阵有七个，阵面安装架构为正六棱台形，七个四天线单元子阵分别安装在正六棱台形阵面安装架构的上阵面安装平面和六个侧阵面安装平面上。
其中，所述侧阵面安装平面与正六棱台形阵面安装架构的下底面的夹角为60度。
其中，所述正六棱台形阵面安装架构的下底面设置有底盘；并且在底盘上设有进气口和出气口，进气口安装有进气风扇，出气口安装有出气风扇。
其中，所述四天线单元子阵均由四天线单元阵列、双工器、发射组件、接收组件、综合网络层、发射合成网络和接收合成网络组成；四天线单元阵列安装在阵面安装平面的外表面上，双工器、发射组件、接收组件、综合网络层、发射合成网络和接收合成网络安装在正六棱台形阵面安装架构的内腔中。
其中，所述正六棱台形阵面安装架构的内腔中还设有发射六选二开关、接收六选二开关、发射二选一开关和接收二选一开关；发射二选一开关的两个输出端分别连接至发射六选二开关的输入端和顶部四天线单元子阵的发射合成网络的输入端，发射六选二开关的六个输出端分别连接至侧面六个四天线单元子阵的发射合成网络的各输入端；侧面六个四天线单元子阵的接收合成网络的各输出端分别连接至接收六选二开关的相应输入端，接收六选二开关的输出端以及上面四天线单元子阵的接收合成网络的输出端分别连接至接收二选一开关的两个输入端。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本实用新型利用多面阵结构，提高了波束覆盖空域效率，同时减小了整个系统的尺寸；2、本实用新型利用子阵级相控阵天线技术，实现了波束的灵活扫描；3、本实用新型中，利用有源器件，使得天线整个系统的性能得以提高，避免了由于馈电网络的插损引入了不确定因素；4、本实用新型的天线单元和极化网络可以采用一体加工的方式，简单可行。
附图说明
图1是本实用新型的三维结构示意图；
图2是本实用新型的单面原理图；
图3是本实用新型的内部原理图；
图4是本实用新型的波束区域图；
图5是本实用新型的子阵分布图；
图中：1、四天线单元阵列，2-1、上阵面安装平面，2-2、侧阵面安装平面，3、底盘，4、双工器，5、发射组件，6、接收组件，7、综合网络层，8、发射合成网络，9、接收合成网络，10、发射六选二开关，11、接收六选二开关，12、发射二选一开关，13、接收二选一开关，14-1、进气风扇，14-2、出气风扇，15、顶部四天线单元子阵，16至21、侧面四天线单元子阵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1至3所示，本实用新型为多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，包括多个四天线单元子阵和安装四天线单元子阵的阵面安装架构；所述四天线单元子阵有七个，阵面安装架构为正六棱台形，七个四天线单元子阵15至21分别安装在正六棱台形阵面安装架构的上阵面安装平面2-1和六个侧阵面安装平面2-2上。侧阵面安装平面2-2与正六棱台形阵面安装架构的下底面的夹角为60度。正六棱台形阵面安装架构的下底面设置有底盘3；底盘3起到最终的密封和支撑作用，并且在底盘3上设有进气口和出气口，进气口安装有进气风扇14-1，出气口安装有出气风扇14-2。进气风扇14-1和出气风扇14-2进行空气对流以降低安装阵面内部温度。
如图2所示，所述四天线单元子阵15至21均由四天线单元阵列1、双工器4、发射组件5、接收组件6、综合网络层7、发射合成网络8和接收合成网络9组成；四天线单元阵列1安装在阵面安装平面的外表面上，双工器4、发射组件5、接收组件6、综合网络层7、发射合成网络8和接收合成网络9安装在正六棱台形阵面安装架构的内腔中。
如图3所示，所述正六棱台形阵面安装架构的内腔中还设有发射六选二开关10、接收六选二开关11、发射二选一开关12和接收二选一开关13；发射二选一开关12的两个输出端分别连接至发射六选二开关10的输入端和顶部四天线单元子阵15的发射合成网络8的输入端，发射六选二开关10的六个输出端分别连接至侧面六个四天线单元子阵16至21的发射合成网络8的各输入端；侧面六个四天线单元子阵16至21的接收合成网络9的各输出端分别连接至接收六选二开关11的相应输入端，接收六选二开关11的输出端以及上面四天线单元子阵15的接收合成网络9的输出端分别连接至接收二选一开关13的两个输入端。其中信号通过同轴电缆进行连接传输。
本实用新型利用多面阵与平面阵组合的形式，提高了波束覆盖的空间利用效率，平面阵的采用，提高了单面天线波束的覆盖空间，并可以利用相控阵技术进行局部空间扫描，具有很高的天线效率。在阵面骨架的内部，通过电子开关切换，实现了全空域波束的覆盖。本实用新型特别适用于低轮廓卫星移动通信天线系统。
如图4、5所示，本实用新型中，每一个面阵负责某一个空间波束覆盖区域。在天线工作时，将空域分为几个不同的部分，如A和B两个大区域，其中A区域为顶部四天线单元子阵15所覆盖的区域，B区域为侧面六个四天线单元子阵16至21覆盖的区域。
在区域A（俯仰面涵盖0-50度，方位面0-360度）中，A0区域（±25度）为顶面子阵法向波束所覆盖，在整个区域内，天线增益大于9dB。而在区域A1至A6内，为顶面子阵15波束扫描覆盖的区域，其中每一个区域分别在俯仰面上覆盖20-50度，方位面上覆盖70度，故需要六个波束就可以覆盖这个区域。
在区域B（俯仰面涵盖40-80度，方位面0-360度）内，分别由侧面六个四天线单元子阵16至21形成的波束进行覆盖，其中相邻两个子区域有20度的交叠区域，为侧面子阵向一侧扫描20度所致，记为Bi+，其中i=1，2，…，6。这是因为每一个面阵的波束宽度恰恰为60°，会有部分区域均不被相邻两个子阵的波束覆盖，故对每一个子阵向方位面的同一侧边进行扫描，这样就可以覆盖整个方位面0-360度的空间。
通过上述方法，实现了在所需空间的波束覆盖。
在实际工作时，可以将天线单元进行编号，每一部分区域由不同的天线子阵工作完成，如下表所示。在空间中，共需要19个波束即可覆盖全空域。在空间波束覆盖时，不同的天线子阵分别负责不同的区域。
表1工作空域与工作子阵的关系
| 空域范围 | 工作单元编号 |
| A0 | 子阵15法向波束，俯仰覆盖0-25度，方位全向 |
| A1 | 子阵15俯仰面扫描40度，方位面30-100度 |
| A2 | 子阵15俯仰面扫描40度，方位面90-160度 |
| A3 | 子阵15俯仰面扫描40度，方位面150-220度 |
| A4 | 子阵15俯仰面扫描40度，方位面210-280度 |
| A5 | 子阵15俯仰面扫描40度，方位面270-340度 |
| A6 | 子阵15俯仰面扫描40度，方位面330-40度 |
| B1 | 子阵16法向波束，方位覆盖0-60度 |
| B1+ | 子阵16方位面扫描+20度，方位覆盖20-80度 |
| B2 | 子阵17法向波束，方位覆盖60-120度 |
| B2+ | 子阵17方位面扫描+20度，方位覆盖80-140度 |
| B3 | 子阵18法向波束，方位覆盖120-180度 |
| B3+ | 子阵18方位面扫描+20度，方位覆盖100-160度 |
| B4 | 子阵19法向波束，方位覆盖180-240度 |
| B4+ | 子阵19方位面扫描+20度，方位覆盖160-220度 |
| B5 | 子阵20法向波束，方位覆盖240-300度 |
| B5+ | 子阵20方位面扫描+20度，方位覆盖260-320度 |
| B6 | 子阵21法向波束，方位覆盖300-360度 |
| B6+ | 子阵21方位面扫描+20度，方位覆盖320-20度 |
Claims (5)
1.多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，包括多个四天线单元子阵和安装四天线单元子阵的阵面安装架构；其特征在于：所述四天线单元子阵有七个，阵面安装架构为正六棱台形，七个四天线单元子阵（15至21）分别安装在正六棱台形阵面安装架构的上阵面安装平面（2-1）和六个侧阵面安装平面（2-2）上。
2.根据权利要求1所述的多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，其特征在于：所述侧阵面安装平面（2-2）与正六棱台形阵面安装架构的下底面的夹角为60度。
3.根据权利要求1所述的多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，其特征在于：所述正六棱台形阵面安装架构的下底面设置有底盘（3）；并且在底盘（3）上设有进气口和出气口，进气口安装有进气风扇（14-1），出气口安装有出气风扇（14-2）。
4.根据权利要求1所述的多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，其特征在于：所述四天线单元子阵（15至21）均由四天线单元阵列（1）、双工器（4）、发射组件（5）、接收组件（6）、综合网络层（7）、发射合成网络（8）和接收合成网络（9）组成；四天线单元阵列（1）安装在阵面安装平面的外表面上，双工器（4）、发射组件（5）、接收组件（6）、综合网络层（7）、发射合成网络（8）和接收合成网络（9）安装在正六棱台形阵面安装架构的内腔中。
5.根据权利要求4所述的多面全空域覆盖的卫星移动通信相控阵天线，其特征在于：所述正六棱台形阵面安装架构的内腔中还设有发射六选二开关（10）、接收六选二开关（11）、发射二选一开关（12）和接收二选一开关（13）；发射二选一开关（12）的两个输出端分别连接至发射六选二开关（10）的输入端和顶部四天线单元子阵（15）的发射合成网络（8）的输入端，发射六选二开关（10）的六个输出端分别连接至侧面六个四天线单元子阵（16至21）的发射合成网络（8）的各输入端；侧面六个四天线单元子阵（16至21）的接收合成网络（9）的各输出端分别连接至接收六选二开关（11）的相应输入端，接收六选二开关（11）的输出端以及上面四天线单元子阵（15）的接收合成网络（9）的输出端分别连接至接收二选一开关（13）的两个输入端。
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