一种高增益平面发射阵天线系统的设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高增益平面发射阵天线系统的设计方法，包括平面反射阵天线模块(12)、副反射面(9)、馈源(8)和电机系统，平面反射阵天线模块(12)与电机系统连接，电机系统与副反射面(9)连接，馈源(8)安装在平面反射阵天线模块(12)的正中心，副反射面(9)位于馈源(8)正上方，平面反射阵天线模块(12)包括从上到下依次连接的天线层(5)、控制层(6)和电源层(7)，馈源(8)发出电磁波给副反射面(9)，电机系统控制副反射面(9)的旋转，该系统能够实现离轴角

【技术实现步骤摘要】
一种高增益平面发射阵天线系统的设计方法
[0001]母案申请：2020102094102一种副反射面旋转的低剖面可扫描平面反射阵天线系统及扫描方法，申请日20200323。


[0002]本专利技术涉及天线领域，特别是涉及一种高增益平面发射阵天线系统的设计方法。

技术介绍

[0003]随着人们需求的不断提高，对于远距离无线通信系统的研究也是逐渐深入，而天线是整个通信系统中重要的一个部件，需要具备高增益、低旁瓣、波束扫描等特性，从而实现良好的远距离信号发射与接收功能，抛物面天线和相控阵天线具备以上电性能，但是前者体积大、笨重是明显的缺点，后者的材料成本又是极高的。现在的卫星发射都追求“一箭多星”，要想实现这一目标，装载的卫星除了性能满足需求外，还需要具备小重量、小体积的物理特性。若采用抛物面天线作为卫星天线，由于抛物面的物理特性，必然会导致卫星整机尺寸无法小型化，且重量偏重，进而导致“一箭多星”发射的卫星数量偏少，大重量也会增加发射成本；而采用相控阵天线作为卫星天线，虽然体积能做到小型化和低剖面，但重量是其一大缺点，其次就是成本居高不下，整机结构复杂是另一大缺点，在设计阶段就要耗费大量的精力。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种平面反射阵天线系统，能够实现天线扫描系统的高度集成化、易加工、价格低廉、低剖面和三维扫描。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种高增益平面发射阵天线系统的设计方法。
[0006]其中，该系统包括平面反射阵天线模块(12)、副反射面(9)、馈源(8)和电机系统，所述平面反射阵天线模块(12)与所述电机系统连接，所述电机系统与所述副反射面(9)连接，所述馈源(8)安装在所述平面反射阵天线模块(12)的正中心，所述副反射面(9)位于所述馈源(8)正上方。
[0007]优选地，所述平面反射阵天线模块(12)包括从上到下依次连接的天线层(5)、控制层(6)和电源层(7)，其中，所述控制层(6)与分别与所述馈源(8)和所述电机系统连接；所述电源层(7)通过外接导线与所述控制层(6)连接。
[0008]优选地，所述T/R组件包括功率放大器、低噪声放大器和接收发射切换开关，所述功率放大器、低噪声放大器的两端分别连接一个所述接收发射切换开关，所述T/R组件的两端分别通过一个所述接收发射切换开关连接所述馈源(8)和信道。
[0009]平面反射阵天线模块(12)的控制层(6)控制馈源(8)发出电磁波给副反射面(9)，同时控制层(6)控制电机系统工作，电机系统带动副反射面(9)旋转，副反射面(9)又将电磁波反射回平面反射阵天线，最终实现一定角度范围内的波束扫描。
[0010]优选地，所述天线层(5)包括平面反射阵面，所述平面反射阵面包括N
×
N个反射单元；所述控制层(6)包括控制电路和T/R组件，所述控制电路与所述T/R组件连接，所述T/R组件与所述馈源(8)连接，所述控制电路与所述电机系统连接。其中，所述反射单元口径大小具体为10mm
×
10mm。
[0011]优选地，所述反射单元包括基板、辐射贴片和金属地，所述辐射贴片环形开口，所述辐射贴片贴在所述基板上且环形开口，所述金属地贴在所述基板下；所述反射单元口径大小具体为10mm
×
10mm。
[0012]优选地，所述馈源(8)到所述副反射面(9)之间的距离为f，所述f具体为32mm，所述馈源(8)具体为喇叭天线。
[0013]优选地，所述电机系统包括电机A(11)和电机B(10)，其中，所述电机A(11)通过转轴与所述电机B(10)连接，所述电机B(10)通过转轴与所述副反射面(9)连接。
[0014]优选地，所述副反射面(9)在一定角度
±
α范围内旋转，所述副反射面(9)在xy面的等效口径大小为d3＝d*cosα，所述馈源照射到副反射面(9)的口径大小为所述d3>d2。
[0015]具体地，按照需求选择合适的反射面口径大小(32
×
32个单元，面积为320mm
×
320mm)以及所需频率(15GHZ)，同时还需要确定副反射面(9)口径大小d(40mm
×
40mm)，副反射面的焦径比为1；确定副反射面(9)与馈源(8)的距离f＝32mm，其中馈源(8)到副反射面(9)的距离与副反射面(9)口径大小比值取0.8；还需确定副反射面(9)旋转的最大角度，因为馈源(8)为喇叭天线，安装在反射面正中心，垂直xy平面射向z轴方向，其中馈源的
‑
10dB波束带宽约为θ＝56
°
，馈源(8)照射到副反射面(9)的口径大小为设副反射面(9)旋转角度为α，在xy面的等效口径大小为d3＝d*cosα，为了避免发生漏波现象，需要d3>d2，所以这里副反射面(9)的最大旋转角度α取为20
°
，避免旋转角度过大导致喇叭天线发出的电磁波绕射严重，使得增益降低。
[0016]基于上述平面反射阵天线系统的扫描方法，包括以下步骤：
[0017]S1.所述控制层(6)的T/R组件为所述馈源(8)提供发射和接收通道，所述馈源(8)对准副反射面(9)发射电磁波；
[0018]S2.所述控制层(6)的控制电路控制所述电机系统，所述电机A(11)旋转360
°
，带动所述电机B(10)及所述副反射面(9)旋转360
°
；
[0019]S3.所述电机B(10)旋转角度
±
α，以所述副反射面(9)垂直于平面反射阵面为初始状态，旋转角度为
±
α，所述副反射面(9)将从馈源(8)发出的电磁波反射回平面反射阵面，够实现离轴角
±
α，旋转角360
°
的波束扫描。
[0020]具体地，所述从副反射面(9)反射回所述平面反射阵面的电磁波到达每个单元的距离不同，相位不同，需要计算各个单元的相位补偿。通过公式计算出单元天线需要补偿的空间相位差，通过将单元天线旋转不同角度从而实现不同空间相位差的补偿。
[0021]预设电机A(11)旋转的步进间距为0.1
°
，最大旋转角度为360
°
；预设电机B(10)旋转的步进间距为0.1
°
，最大旋转角度为
±
α。对于完整的天线系统，只需开启馈源(8)，通过电路控制两个电机的旋转，实现离轴角
±
α、旋转角360
°
的波束扫描。
[0022]本专利技术的有益效果是：(1)反射面天线不需要复杂的电路设计，整个天线阵面只需要单元天线以及基板组成，喇叭天线作为馈源，能有效的减小传输过程的损耗，保证稳定的功率输出；(2)系统采用单个T/R组件实现其发射接收功能，不需要多个昂贵的T/R组件或复杂的馈电部分，结构相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益平面发射阵天线系统的设计方法，其特征在于：系统包括平面反射阵天线模块(12)、副反射面(9)、馈源(8)和电机系统，所述平面反射阵天线模块(12)与所述电机系统连接，所述电机系统与所述副反射面(9)连接，所述馈源(8)安装在所述平面反射阵天线模块(12)的正中心，所述副反射面(9)位于所述馈源(8)正上方；其中，所述平面反射阵天线模块(12)包括从上到下依次连接的天线层(5)、控制层(6)和电源层(7)；所述馈源(8)到所述副反射面(9)之间的距离为f，所述馈源(8)具体为喇叭天线，所述副反射面(9)的口径大小d具体为40mm
×
40mm，馈源(8)到副反射面(9)的距离与副反射面(9)口径大小比值小于0.8，减少入射波绕射造成的损耗；所述副反射面(9)在一定角度
±
α范围内旋转，所述副反射面(9)在xy面的等效口径大小为d3＝d*cosα，所述馈源(8)照射到副反射面(9)的口径大小为所述d3>d2；所述电机系统包括电机A(11)和电机B(10)，其中，所述电机A(11)通过转轴与所述电机B(10)连接，所述电机B(10)通过转轴与所述副反射面(9)连接；所述天线系统的扫描时，包括以下步骤：S1.所述控制层(6)的T/R组件为所述馈源(8)提供发射和接收通道，所述馈源(8)对准副反射面(9)发射电磁波；S2.所述控制层(6)的控制电路控制所述电机系统，所述电机A(11)旋转360
°
，带动所述电机B(10)及所述副反射面(9)旋转360
°
；S3.所述电机B(10)旋转角度
±
α，以所述副反射面(9)垂直于平面反射阵面为初始状态，旋转角度为
±
α，所述副反射面(9)将从馈源(8)发出的电磁波...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪渊，谢照川，李伟，尹治强，李超，邓方科，
申请(专利权)人：成都华芯天微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：