CN209730182U - 一种大口径宽角扫描多波束天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及天线领域中的一种大口径宽角扫描多波束天线，所述的大口径宽角扫描多波束天线包括球形透镜、相差校正透镜和馈源组。球形透镜用于收集/发射平面电磁波，透过相差校正透镜汇聚于与球形透镜球心同心的一个球面S上。馈源组各个馈源的相位中心位于球面S上，各个馈源的轴向始终与球面透镜的径向保持一致，通过改变各个馈源的位置和指向，实现不同波束的扫描。本实用新型提供了一种高增益、多波束、宽角扫描天线的低成本实现方式。

Description

一种大口径宽角扫描多波束天线

技术领域

本发明涉及天线领域中的一种大口径宽角扫描多波束天线，提供了一种高增益、多波束、宽角扫描天线的低成本实现方式。

背景技术

多波束天线由于能够同时对多个目标进行通信或监测，在卫星通信、导航、射电天文、雷达、无线电监测等众多领域具有广泛的应用。

从实现方式来说，多波束天线可分为相控阵天线、反射面天线和介质透镜天线三种。

多波束相控阵天线利用波束合成网络控制天线单元的相位，在不同的方向上，使电磁波满足“空间相位差”与“阵内相位差”相同的条件，从而形成多个不同指向的瞬时波束。直射式多波束天线的优点在于其不存在口径遮挡和扫描漏失，可以通过模拟或数字方式,在射频、中频或基带上形成宽角度的扫描波束。由于相控阵天线成本较高，当需要实现高增益时价格往往无法接受。

多波束反射面天线采用焦平面阵列照射反射面，利用偏焦馈电形成多个不同指向的波束，但由于偏焦会带来增益损失，因此反射面式的多波束天线各个波束的间距十分有限。

与多波束反射面天线类似，多波束透镜天线利用介质透镜作为电磁波的定向辐射器。透镜天线最大的优势在于其光学系统是一个旋转对称的球体，仅通过馈源网络的移动即可改变波束的指向，而无需如反射面天线那般转动沉重的反射系统。通过将多个馈源放置在不同半径的轨道，就可以形成多个能够随意改变指向的波束，且不存在馈源偏焦和漏失增加引起的波束性能下降。因此多波束透镜天线较反射面天线具有更为灵活的波束间隔、更广的扫描范围，以及更为一致的波束性能。但当实现高增益时，需要十分庞大的介质透镜，导致重量和插入损耗引起的效率损失无法接受。

发明内容

本发明的目的在于解决高增益多波束天线的宽角扫描性能和成本工作问题，提供了一种大口径宽角扫描多波束天线。

本发明所采取的技术方案为：

一种大口径宽角扫描多波束天线，包括球形透镜、球面相差校正透镜和馈源组，球形透镜中空，所述的馈源组位于反面球面中心处，馈源组携带多个馈源，多个馈源呈放射状指向反面球面内壁完整扫描所述反面球面内腔，每个馈源的口面处都设置一球面相差校正透镜，馈源组带有的多个馈源的相位中心构成一同心圆，同心圆所在球面为信号接收球面，所述的接收球面与球形透镜同心，所述馈源的轴向与球形透镜的径向保持一致，球面相差校正透镜的轴向与馈源的轴向重合，球面相差校正透镜的焦点位于所在馈源的中轴线上，球形透镜接收到球面波经相差校正透镜补偿相位差经过至馈源的中轴线由馈源吸收并逆向原路扩散经相差校正透镜转换平面波向外辐射。

其中，任意方向射入球形透镜的电磁波且透射所形成的透射线的交点组成一与球形透镜同心的反面球面。

其中，所述的馈源组位于反面球面内。

其中，球形透镜1采用各向异性介质制成。

其中，所述的馈源4成全向分布，各个馈源4的扫描区域覆盖球形透镜内壁。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.可实现高增益宽角扫描，且性能随扫描角度几乎不变。

2.只需要在一个小的球面上改变馈源的位置便可以实现，所需的机械运动非常小。

3.由于收发链路很少，与相控阵天线相比成本明显降低。

4.由于介质厚度较薄，介质插入损耗引起的性能较透镜天线明显降低。

5.不存在馈源和副反射面的遮挡。

附图说明

图1是本发明采取的技术方案原理示意图。

图2是发明的电磁波折射路径图。

具体实施方式

参照图1，一种大口径宽角扫描多波束天线，包括球形透镜、球面相差校正透镜和馈源组，球形透镜中空，任意方向射入球形透镜的电磁波且透射所形成的透射线的交点组成一与球形透镜同心的反面球面7，所述的馈源组位于反面球面中心处，球形透镜1采用各向异性介质制成。所述的馈源组位于反面球面内。

馈源组携带多个馈源4，多个馈源呈放射状指向反面球面内壁完整扫描所述反面球面内腔，每个馈源的口面处都设置一球面相差校正透镜，馈源组3带有的多个馈源的相位中心构成一同心圆，同心圆所在球面为信号接收球面5，所述的接收球面5与球形透镜同心，所述馈源4的轴向与球形透镜1的径向保持一致，球面相差校正透镜的轴向与馈源4的轴向重合，球面相差校正透镜的焦点位于所在馈源4的中轴线上，球形透镜接收到球面波经相差校正透镜补偿相位差经过至馈源4的中轴线由馈源4吸收并逆向原路扩散经相差校正透镜转换平面波向外辐射。

其中，球形透镜1采用各向异性材料制成，球形透镜1为球壳结构，能够将接收的平面波转换为汇聚于球形透镜球心附近的球面波，由相位校正透镜2补偿球面相差后由馈源4接收，或将馈源4发射的球面波，经相位校正透镜2补偿球面相差后转换为平面波辐射出去。

其中，馈源组3可以具有多个频段相同或不同的馈源4，通过改变各个馈源4的位置和指向，实现不同波束的扫描，所述的馈源4成放射状的全向分布，各个馈源4的扫描域区相互接壤或者重叠，扫描区域覆盖球形透镜内壁。

在使用过程中因为电磁波只能沿直线传播，而经过球形透镜时不可避免的会发生或多或少的偏折，偏折线相交点会形成一个同心的反面球面7，反面球面7，在反面球面上设置透镜可以把电磁波由球面波转换为平面波进而被喇叭天线接收。

Claims (5)

1.一种大口径宽角扫描多波束天线，其特征在于：包括球形透镜、球面相差校正透镜和馈源组，球形透镜中空，所述的馈源组位于反面球面中心处，馈源组携带多个馈源(4)，多个馈源呈放射状指向反面球面内壁完整扫描所述反面球面内腔，每个馈源的口面处都设置一球面相差校正透镜，馈源组(3)带有的多个馈源的相位中心构成一同心圆，同心圆所在球面为信号接收球面(5)，所述的接收球面(5)与球形透镜同心，所述馈源(4)的轴向与球形透镜(1)的径向保持一致，球面相差校正透镜的轴向与馈源(4)的轴向重合，球面相差校正透镜的焦点位于所在馈源(4)的中轴线上，球形透镜接收到球面波经相差校正透镜补偿相位差经过至馈源(4)的中轴线由馈源(4)吸收并逆向原路扩散经相差校正透镜转换平面波向外辐射。

2.根据权利要求1所述的一种大口径宽角扫描多波束天线，其特征在于：任意方向射入球形透镜的电磁波且透射所形成的透射线的交点组成一与球形透镜同心的反面球面。

3.根据权利要求1所述的一种大口径宽角扫描多波束天线，其特征在于：所述的馈源组位于反面球面内。

4.根据权利要求1或2所述的一种大口径宽角扫描多波束天线，其特征在于：球形透镜(1)采用各向异性介质制成。

5.根据权利要求1或2所述的一种大口径宽角扫描多波束天线，其特征在于：所述的馈源(4)成全向分布，各个馈源(4)的扫描区域覆盖球形透镜内壁。