本发明专利技术涉及透镜天线领域，公开了一种宽角扫描透镜终端天线，包括由若干结构相同的阵元组成的总阵列，所述阵元自上而下包括一一对应的透镜和相控馈源阵列，所述相控馈源阵列由2N个子阵组成，每个所述子阵由N*N个天线单元组成，N∈[2，+∞]。本发明专利技术还公开了一种宽角扫描透镜终端天线的扫描方式。本发明专利技术通过基于相控馈源的平凸透镜天线结构实现了终端天线的高增益和大角度扫描性能，与传统的相控阵天线和传统透镜天线相比，本发明专利技术扫描具有灵活性高、增益高、扫描角度大等效果。扫描角度大等效果。扫描角度大等效果。
【技术实现步骤摘要】
一种宽角扫描透镜终端天线及其扫描方式
[0001]本专利技术涉及透镜天线领域，具体涉及一种宽角扫描透镜终端天线及其扫描方式。
技术介绍
[0002]具有跟踪能力的终端天线是卫星通信系统的关键组成部件之一，要实现天线对卫星具有较好的自动跟踪能力，对终端天线的宽角扫描能力提出了要求。相控阵天线安装在海陆空的移动终端上，是目前完成对卫星的跟踪和通信的常用终端系统设计。采用传统的具有扫描能力的相控阵技术，可以通过控制每一个单元通道的相位信息，进而实现宽角扫描功能。但考虑高增益设计时，会使得天线阵列中的单元数量增加，其对应的馈电网络也会变得复杂而庞大，更为重要的是，此时馈电网络的插入损耗也会随着增加，这样反而会降低天线的增益。若单使用点源馈电的透镜结构实现高增益，则会降低终端天线系统的扫描灵活性和扫描能力。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题是现有高增益天线阵列的体积大、通道数多导致的成本问题，以及现有的单馈源透镜天线阵列不能进行快速波束扫描的问题，提出了一款新型的基于加载相控馈源的宽角扫描透镜终端天线，该透镜天线将透镜单元与传统的相控阵有效融合在一起，通过改变相控馈源的相位，可实现透镜的扫描功能，不仅能有效提高天线的增益，还能实现透镜天线的宽角扫描。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]一种宽角扫描透镜终端天线，包括由若干结构相同的阵元组成的总阵列，所述阵元自上而下包括一一对应的透镜和相控馈源阵列，所述相控馈源阵列由2N个子阵组成，每个所述子阵由N*N个天线单元组成，N∈[2，+∞]。
[0006]作为优化，所述透镜为平凸透镜，且所述透镜的凸面朝向所述相控馈源，所述透镜的平面朝外辐射。
[0007]作为优化，所述天线单元包依次连接的顶层、中间层和底层，所述顶层为带有对切角的第一方形切角片；所述中间层为带有对切角的第二方形切角片，且所述第二方形切角片上设有缝隙，所述底层为接地板，且所述第一方形切角片和第二方形切角片的对切角在同一方向上。
[0008]作为优化，同一所述子阵中的所述天线单元沿顺时针方向依次旋转90
°
。
[0009]作为优化，通过稀疏布阵的原则选取若干个所述阵元作为哑元。
[0010]本专利技术还公开了一种宽角扫描透镜终端天线的扫描方式，包括如下步骤：
[0011]S1、给予每个所述相控馈源阵列中每一个所述天线单元等幅馈电，且所述每个子阵中的所述天线单元相位依次相差90
°
，所述每个子阵的相位设置相同，得到所述总阵列的法向方向图；
[0012]S2、通过所述总阵列的法向方向图结合基于差分进化算法的可重构透镜天线阵列
栅瓣抑制技术进行阵列综合分析，得到扫描目标扫描位置时的每个透镜单元(阵元)的相位信息ψ
i
；
[0013]S3、根据透镜单元(阵元)的相位信息ψ
i
和相控馈源阵列的相位中心的关系得到每一个相控馈源阵列的辐射特性，从而得到每一个相控馈源阵列中天线单元的相位
[0014]S4、根据得到的天线单元的相位进行设置天线单元的馈电相位。
[0015]作为优化，步骤S2为根据透镜单元(阵元)的相位信息ψ
i
基于差分进化算法计算出每个透镜单元(阵元)的最优决策变量X
best，G
来抑制栅瓣。
[0016]作为优化，所述透镜单元(阵元)的相位信息ψ
i
包括总阵列方向图分布的等效扫描方向图角度和馈电相位α。
[0017]作为优化，计算所述最优决策变量X
best，G
的步骤为：
[0018]步骤1、对总阵列的决策变量进行初始化，所述总阵列的决策变量为X
i，G
；
[0019]步骤2、将初始化后的决策变量X
i，G
代入评价函数Fit进行计算，若评价函数Fit大于设置的阈值，进入步骤3，否则，所述决策变量为最优决策变量X
best，G
，输出最优决策变量X
best，G
的值；
[0020]步骤3、对所述决策变量进行差分、交叉、选择的迭代运算，计算出新决策变量，返回步骤2。
[0021]作为优化，S3中，所述阵元的相位信息ψ
i
与所述相控馈源阵列中天线单元的相位一一映射对应。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0023]本专利技术通过基于相控馈源的平凸透镜天线结构实现了终端天线的高增益和大角度扫描性能，与传统的相控阵天线和传统透镜天线相比，本专利技术扫描具有灵活性高、增益高、扫描角度大等效果。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0025]图1为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的总阵列的布局示意图；
[0026]图2为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的总阵列的哑元布局示意图；
[0027]图3为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的阵元的结构示意图；
[0028]图4为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的透镜的结构示意图；
[0029]图5为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的相控馈源阵列的布局示意图；
[0030]图6为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的相控馈源阵列的子阵布局图；
[0031]图7为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的相控馈源阵列的天线单元的结构示意图；
[0032]图8为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的阵元的左右旋方向图；
[0033]图9为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的阵元的轴比图；
[0034]图10为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的总阵列法向方向图；
[0035]图11为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的总阵列扫描方向图；
[0036]图12为本专利技术所述的一种宽角扫描透镜终端天线的45
°
目标扫描位置的扫描方向图；
[0037]图13为实施例中阵元的线性排布俯视示意图；
[0038]图14为实施例中阵元的线性排布侧视示意图。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。
[0040]实施例1
[0041]本专利技术公开了一种宽角扫描透镜终端天线，包括由若干结构相同的阵元组成的总阵列，所述阵元自上而下包括一一对应的透镜和相控馈源阵列，所述相控馈源阵列由2N个子阵组本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种宽角扫描透镜终端天线，其特征在于，包括由若干结构相同的阵元组成的总阵列，所述阵元自上而下包括一一对应的透镜和相控馈源阵列，所述相控馈源阵列由2N个子阵组成，每个所述子阵由N*N个天线单元组成，N∈[2，+∞]。2.根据权利要求1所述的一种宽角扫描透镜终端天线，其特征在于，所述透镜为平凸透镜，且所述透镜的凸面朝向所述相控馈源，所述透镜的平面朝外辐射。3.根据权利要求1所述的一种宽角扫描透镜终端天线，其特征在于，所述天线单元包括依次连接的顶层、中间层和底层，所述顶层为带有对切角的第一方形切角片；所述中间层为带有对切角的第二方形切角片，且所述第二方形切角片上设有缝隙，所述底层为接地板，且所述第一方形切角片和第二方形切角片的对切角在同一方向上。4.根据权利要求3所述的一种宽角扫描透镜终端天线，其特征在于，同一所述子阵中的所述天线单元沿顺时针方向依次旋转90
°
。5.根据权利要求1所述的一种宽角扫描透镜终端天线，其特征在于，通过稀疏布阵的原则选取若干个所述阵元作为哑元。6.一种基于权利要求1
‑
5任一所述的一种宽角扫描透镜终端天线的扫描方式，其特征在于，包括如下步骤：S1、给予每个所述相控馈源阵列中每一个所述天线单元等幅馈电，且所述每个子阵中的所述天线单元相位依次相差90
°
，所述每个子阵的相位设置相同，得到所述总阵列的法向方向图；S2、通过所述总阵列的法向方向图结合基于差分进化算法的可重构透镜天线阵列栅瓣抑制技术进行阵列综合分析，得到扫描目标扫描位置时的每个阵元的相位信息ψ
i
【专利技术属性】
技术研发人员：冉普航，曾凌，钟开源，罗超鸣，刘金利，第五健健，向磊，
申请(专利权)人：重庆两江卫星移动通信有限公司，
类型：发明
国别省市：
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