[发明专利]一种机械式相控扫描阵列天线及其波束指向控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阵列天线及其波束指向控制方法，具体的说是一种机械式相控扫描阵列天线及其波束指向控制方法。

背景技术

机械式相控扫描阵列天线是一种借助于机械控制圆极化天线单元的角度姿态，以其本身姿态所包含的初始相位信息，实现整个阵列的相位配置。功率分配器可以空间馈电的形式，也可以强迫馈电的形式。该技术作为一种系统结构简单、形式多样可变、设计方便、实现方式多样的天线阵列技术，在各种微波和天线系统中都可以广泛应用。相控扫描阵列天线一般以电路的形式控制相位配置的方式实现波束指向控制，其电路复杂、造价高昂，而且相位的控制精度有限。对于反射阵列的一般不能实现相控波束扫描。在微波与天线系统中应用形式受限。

现有的相控扫描阵列天线的实现波束指向控制的方法，主要以相位配置的实现方式进行区分。主要方式有模拟电压直接控制相位偏移量、数字式控制的电压控制相位偏移量、数字控制的相位偏移量以及机械位移或机械旋转控制传输线长度或相对介电常数的方式实现相位偏移量。模拟或数字的电压控制方式需要对应的微波电路和器件实现，因整个阵列的单元数多，所以成本很高；同时相位偏移量的精度有限，并与价格直接相关。机械位移或机械旋转控制传输线长度或相对介电常数的方式一般的结构比较大，不适合在大规模的阵列中给每个单元配置。

现有的相控扫描阵列天线已经得到广泛的应用，但随着技术进步与生产生活的需要，对相控的精度要求、天线阵列的安装方式、造价等要求越来越高，同时满足这几方面的要求的很困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种机械式相控扫描阵列天线及其波束指向控制方法，结构简便，造价成本较低，相位控制精度高的相控扫描阵列天线，以简单的结构解决一般相控波束扫描阵列天线的复杂电路、相控精度有限、天线阵列形式不能任意设计、造价高昂等不足。

本发明解决以上技术问题的技术方案是

一种机械式相控扫描阵列天线波束指向控制方法，所述机械式相控扫描阵列天线包括N根圆极化天线单元构成的天线阵列、功率分配器网络和同轴线，每个圆极化天线单元都架设在一个旋转设备上，通过旋转设备的旋转控制圆极化天线单元的角度姿态，以圆极化天线单元不同的角度姿态所对应的相位实现天线阵列的相位配置来控制天线阵列波束指向，实现天线阵列的相控波束扫描功能。

机械式相控扫描阵列天线，包括N根圆极化天线单元构成的天线阵列、功率分配器网络和端口连接的同轴线，同轴线包括一根输入同轴线和N根输出同轴线，N为大于等于1的整数，输入同轴线和输出同轴线都具有内导体和外导体，输入同轴线和输出同轴线都具有连接功率分配器的连接端和连接外部设备的信号端，圆极化天线单元具有信号输入端；还包括N个旋转设备，每个圆极化天线单元都架设在一个旋转设备上，通过旋转设备的旋转控制每个圆极化天线单元的角度姿态；功率分配器网络为强迫馈电工作方式的功率分配器，其具有内腔、位于内腔一侧的输入侧金属壁以及与输入侧金属壁相对的位于内腔另一侧的输出侧金属壁，内腔内填充有介质；输入同轴线的连接端外导体连接至功率分配器的输入侧金属壁，输入同轴线的连接端内导体穿过功率分配器内腔连接功率分配器的输出侧金属壁；每一个圆极化天线单元的信号输入端都连接一个输出同轴线的连接端内导体，并穿过功率分配器内腔连接至功率分配器的输入侧金属壁，各输出同轴线的连接端外导体悬空。

机械式相控扫描阵列天线，包括N根圆极化天线单元构成的天线阵列、功率分配器网络和端口连接的同轴线，还包括N个旋转设备，每个圆极化天线单元都架设在一个旋转设备上，通过旋转设备的旋转控制每个圆极化天线单元的角度姿态；功率分配器网络为空间馈电功率分配器网络，空间馈电功率分配器网络直接通过辐射以场耦合的方式与天线阵列的单元实现连接。

圆极化天线单元的角度姿态，以其本身圆极化的工作方式，对相同的入射波体现与姿态所包含的初始相位信息，实现控制天线单元的角度姿态完成天线单元的相位控制。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的机械式相控扫描阵列天线波束指向控制方法，以天线阵列的某个圆极化天线单元为参考，其上下左右的相邻圆极化天线单元的角度以相同的幅度依次递增或递减，实现天线阵列的相位配置，整个天线阵列的一种相位配置对应了天线阵列的一种波束指向，实现天线阵列的相控波束扫描功能。

前述的机械式相控扫描阵列天线波束指向控制方法，独立控制所有圆极化天线单元的角度姿态，通过配置不同的天线阵列相位分布，对应不同的天线阵列波束指向，实现天线阵列的相控波束扫描功能。