幅度递减的有源发射相控阵天线制造技术

相控阵发射天线系统包括多个辐射单元，每个辐射单元能发射电磁辐射。一个或多个恒定相位和幅度的放大器被附加于阵列中的辐射单元上，其中每个辐射单元按照能简化执行过程的方案产生和阵列中其它辐射单元的相位几乎相同但具有不同幅度的辐射。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波天线系统，更具体地是涉及这样一类相控阵天线系统，它可藉控制其多个辐射单元中信号的相对相位的方法以产生多个同时工作的天线波束，且通过把不同个数的定相位放大器的作用加到各个幅射单元控制幅度。多年来，雷达系统的阵列天线为人们所熟知，并被用来形成尖方向性波束。阵列天线特性由辐射单元的几何位置以及馈电到这些单元的幅度和相位所决定。后来，雷达的发展，例如磁控管和其它高功率微波发射机的开发促使常用雷达的频率往上移。在那些较高的频段上，较简单的天线变为可实用的，它们通常包括由喇叭形馈电体或其它简单的初级天线所照射的成形（抛物形）反射器。接着，电子（无惯性）扫描由于多种理由而变得很重要，这包括扫描速度以及随机的或编程的波束指向的可能性。由于电子控制移相器和开关的开发，对天线设计的注意力就集中到每个辐射元可单独电控的相控阵天线。相控阵技术中的可控移相器件提供了快速和精确地切换波束的可能性，因此允许雷达在时间上重叠地或甚至同时地完成多个功能。电子引导相控阵雷达可跟踪大量目标，照明和/或标记多个目标，完成带有自动目标选择的宽角度搜索，使能对所选择的目标进行跟踪，以及用作对准遥远的接收机和/或发射机的通信-->系统指向高增益波束。因此，相控扫描天线的重要性是很大的。由Berrill  I.  Skolnik所著的“雷达手册”McGraw  Hill（1970）大体上在阵列天线课题方面提供了比较公认的总括的背景。提供本技术的总括背景的其它参考文件包括：1961年1月3日颁发给Rearwin的题目为“可选择方向的波导缝隙天线”的美国专利2，967，301描述了产生顺序波束的方法，可用来确定飞行器相对于地面的速度。1969年1月21日颁发给Foldes的题目为“扫描天线馈电”的美国专利3，423，756描述了由装在加大的波导上的四个谐振腔与波导相耦合而形成电控锥形扫描天线馈电的系统。频率为这些腔体谐振频率的信号被激出高次模，导致辐射相位中心从天线口面中心偏移开。把四个腔体顺序调谐到该信号频率，就形成了锥形扫描。其它频率的信号如果离腔体谐振频率足够远时，就无任何扰动地通过波导继续传播。1976年7月13日颁发给Nemet的题目为“有自身射频相移能力的网络馈电相控阵天线系统”的美国专利3，969，729揭示了用于相控扫描阵中的集成部件/移相器。非谐振波导或带线型传输线系列强迫给阵列的单元馈电。四个射频二极管在传输线外导体的导电壁上对称缝隙图案的各缝隙内相连接，以改变从二极管通过缝隙到各单个天线单元的口面上的耦合。这样每个二极管就控制了从每个缝隙以一致的相位加到各个单元口面的能量，这样就确定了所述口面的最后的相位。1977年8月9日颁发给Frazeta等的题目为“具有尖锐截止单元方向图案的有限扫描阵列天线系统”的美国专利4，041，501揭示-->了相控阵天线系统，其中有效的单元方向图案借助于耦合电路被修正成与用来辐射在所选择空间角度区域内的天线波束所需要的理想单元方向图案很接近一致。扫描波束天线实施例中的耦合电路的使用可大大减少所需移相器的个数。1978年7月4日颁发给Scillieri等人的题目为“扁平雷达天线”的美国专利4，099，181揭示了用于雷达装置的扁平雷达天线，它包括多个平行排列成一线的辐射单元，其中在每个所述单元与雷达装置之间流动的能量可以被调节，其特征为所述辐射单元是具有共平板辐射面的波导，所述波导按照四个象限分组，每个所述象限借助于在一个或两个条件下适合于采取的馈电器件与雷达装置相连。其中之一馈电给该象限的所有波导，另一个只给紧靠近天线中心的一排馈电，而不包括该象限的其它波导，由于提供了用于同时在同样条件采用的四个馈电器件的装置，所以雷达天线发射了相对于天线中心为对称的雷达波束，且该波束按照馈电器件的不同条件而有不同的图形。1986年6月17日颁发给Kobus等人题目为“空间馈电双平行板透镜天线波束形成系统”的美国专利4，595，926描述了用于线性相控阵天线系统的波束形成系统，该天线系统可被用于非脉冲收发信机中，它包含一对串联的平行板强制非聚焦透镜，它为线性阵列提供适当的幅度递减，以产生低副瓣辐射方向图案。数字移相器被用于波束引导，而非聚焦透镜可对由使用这种移相器引起的量化误差去相关。1970年12月8日颁发给Smith的题目为“扫描天线系统”的美国专利3，546，699揭示了扫描天线系统，包括排放在圆弧上的分开-->的同相电磁能源的固定阵列，具有与弧线形输入轮廓匹配并靠近弧线的换能器，直线形输出轮廓和其由换能器辐射的全部能量输出均为同相的传输特性，以及用于在圆圈平面上环绕圆心旋转换能器的装置。1994年2月1日颁发给Hirshfield等的题目为“有源发射相控阵天线”的美国专利5，283，587揭示了用于产生多个独立的同步的天线波束、以照射想要照的区域而不照射其它区域的天线。这些区域的尺寸和形状是阵列中的单元尺寸和个数的函数，波束数是馈电列阵列的波束形成网络的个数的函数。阵列的所有单元都馈以同样的幅度电平，波束形状和方向由相位设置方式所确定。在该系统中没有表示如何达到幅度递减。在某些应用中，只有相位递减是难以达到必需的波束形状和压缩副瓣的。将希望得到的是能提供这样的天线阵列，其中所采用的每个放大器具有几乎一样的输出特性以限制由不同的内部结构的器件所造成的相反的相位影响，且允许阵列中的每个单元在幅度和相位两方面都有有效的递减。本专利技术涉及相控阵发射天线系统，它包括多个辐射单元，每个辐射单元能发射电磁辐射。一个或多个恒定相位和幅度的放大器被附加于阵列的辐射单元，其中每个辐射单元能产生其相位与阵列中其它辐射单元相位几乎是相同、但幅度不同的辐射。图1是用于有源发射相控阵天线的多个排阵单元的实施例的透视图;图2是图1的多单元相控阵天线中所采用的多个单元中的一个单元的横截面图的实施例的一个概略显示图;-->图3是图2中所示空气介质谐振腔的顶视草图;图4是图2中所使用的控制器的底视草图;图5是本专利技术用作有源发射相控阵天线的多个排阵单元的实施例的前视图;图6显示了本专利技术驱动部分的一个实施例，其中一个天线单元（10）由单个放大器（68）所驱动;图7显示了本专利技术的另一个驱动部分，其中一个天线单元（10）由两个放大器所驱动;图8还显示了本专利技术驱动部分的另一个实施例，其中一个天线单元（10）由四个放大器所驱动;以及图9显示了本专利技术驱动部分的最后的可选实施例，其中一个天线单元由未定个数（n）的放大器（在本情况中n＝2）所驱动。单一相位控制现参考图1，图上显示了有源发射相控阵天线8的一个实例，它包括排列成六角形的作为示例性的213个单元9，如Hirshfield等在美国专利No.5，283，587中所示（供此处作参考）。图2显示了包括在图1天线8中的单个单元9。图1的每个单元9与图2中所显示的单元相同，它包括一个能在两个正交极化面中的每一面上辐射互相隔离25dB或更多的辐射单元。辐射单元由多阶带通滤波器装置12所馈电，该滤波器可通过所要频带的能量，而对其它频率阻止其能量通过。这一点是特别重要的，这是由于当把本专利技术的发射天线用作为通信卫星的部件以及通信卫星所使用的接收天线时，接收频带内来自发射机的寄生能量会本文档来自技高网...

【技术保护点】
相控阵发射天线系统，用于产生多个幅度递减的独立的同时的微波信号波束，包括：装在基板上的阵列上的多个天线单元，所述天线单元中的每一个包括放大器装置和装在所述基板上的谐振腔中的混合器耦合器，用于提供具有所选择相位的正交微波能量信号；响应 于所述谐振腔在所选择的频带内的微波输出信号或通过信号的滤波器装置；所述多个天线单元中的每一个发射多个同时的微波波束中的一个，具有潜在的不同功率值和不同相位值，它们确定了所述波束的形状和发射方向，其中放大器的个数是可改变的，且几乎相同的功率被加到至少两个所述的放大器装置；以及响应于通过微波滤波器装置的所述微波信号的辐射单元，用于以一定的方向和形状的波束来发射微波信号。

【技术特征摘要】
US 1994-1-31 1891111、相控阵发射天线系统，用于产生多个幅度递减的独立的同时的微波信号波束，包括：装在基板上的阵列上的多个天线单元，所述天线单元中的每一个包括放大器装置和装在所述基板上的谐振腔中的混合器耦合器，用于提供具有所选择相位的正交微波能量信号；响应于所述谐振腔在所选择的频带内的微波输出信号或通过信号的滤波器装置；所述多个天线单元中的每一个发射多个同时的微波波束中的一个，具有潜在的不同功率值和不同相位值，它们确定了所述波束的形状和发射方向，其中放大器的个数是可改变的，且几乎相同的功率被加到至少两个所述的放大器装置；以及响应于通过微波滤波器装置的所述微波信号的辐射单元，用于以一定的方向和形状的波束来发射微波信号。2、按照权利要求1的相控阵发射天线系统，其特征在于所述谐振腔包括装在所述腔内的且二者之间相隔180°的第一对微波探针，和装在所述腔内的且二者之间相隔180°的第二对探针，所述的第一对和第二对探针装成互相间隔90°，第一对线性放大器连接到所述第一对探针以及第二对线性放大器连接到所述第二对探针，用来在所述腔内激励正交的微波能量。3、按照权利要求2的相控阵发射天线系统，其特征在于所述基板包括连接到所述腔内的所述第一对和第二对放大器与探针的移相装置和衰减装置，用于提供正交相位信号，以产生圆极化信号，其中-->的一对放大器和探针被激励产生右旋圆极化，而另一对放大器和探针被激励产生左旋圆极化。4、按照权利要求3的相控阵发射天线系统，其特征在于所述移相装置和衰减装置包括多个分离的移相和衰减电路以及连接到每个所述移相和衰减电路的开关矩阵，以便把各个极化信号选择接通到所述腔内的所述放大器对和探针对上，所述的各个极化信号规定了从所述喇叭发射的所述微波波束的方向和形状。5、按照权利要求4的相控阵发射天线系统，其特征在于所述衰减器装置被设置成这样的状态以致由所述多个单元的所述辐射单元发射的所述微波波束等于所述阵列中由任何的单元产生的任何微波波束的最低的潜在幅度的某个倍数。6、按照权利要求5的相控阵发射天线系统，其特征在于包括多个功率信号，其中用于每个天线单元的所述移相和衰减电路包括多个串联的移相和衰减电路，所述多个串联移相和衰减电路中的每一个连接各自的功率信号，其中所述多个串联移相和衰减电路中的每一个与由所述天线单元所发射的各自的波束有关，以及其中各个所述串联移相和衰减电路为每个有关波束建立其方向和形状。7、按照权利要求6的相控阵发射天线系统，其特征在于还包括连接到每个所述移相电路和衰减电路的控制装置，用于把所述移相电路设置到所选择的值，以提供所要的波束方向和形状。8、按照权利要求1的相控阵发射天线系统，其特征在于所述放大器装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：E希尔什菲尔德，
申请(专利权)人：罗拉尔奎尔康卫星服务有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]