[發(fā)明專利]用于低軌衛(wèi)星通信的低成本平板相控陣天線及利用其實(shí)現(xiàn)相控陣掃描的方法

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• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111430898A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊鵬;尹璐
• 申請（專利權(quán)）人: 成都環(huán)宇遠(yuǎn)景科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q3/34;H01Q15/24;H01Q21/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專利事務(wù)所 51213
• 代理人: 劉興亮

本發(fā)明公開了一種低軌衛(wèi)星通信的低成本平板相控陣天線設(shè)計(jì)及利用其實(shí)現(xiàn)相控陣掃描的方法，其主要步驟為：S1.為相控陣天線設(shè)置N_x×N_y個陣元，則相應(yīng)具有N_x×N_y個饋電點(diǎn)，將所述的N_x×N_y個饋電點(diǎn)以矩形柵格狀規(guī)則排布：水平方向上相鄰2個饋電點(diǎn)之間的間距為dx，垂直方向上相鄰2個饋電點(diǎn)之間的間距為dy；S2.控制PIN二極管的通斷分別對各陣元進(jìn)行不同方位上的饋電，實(shí)現(xiàn)陣元的等效空間旋轉(zhuǎn)；S3.對N_x×N_y個陣元進(jìn)行饋電，通過直流電控制天線單元上的PIN二極管的導(dǎo)通/斷開，得到不同的相位分布實(shí)現(xiàn)相控陣的二維掃描。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相控陣設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別針對低軌衛(wèi)星通信平板相控陣天線的低成本設(shè)計(jì)提出一種有效方法。

背景技術(shù)

隨著移動寬帶和物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用領(lǐng)域的飛速發(fā)展，衛(wèi)星通信技術(shù)和信息通信產(chǎn)業(yè)也正在發(fā)生著日新月異的變革。衛(wèi)星通信技術(shù)，顧名思義，是指以人造地球衛(wèi)星為中繼站來實(shí)現(xiàn)地球上通信基站的接收或者發(fā)射電磁波的通信方式，可以達(dá)成兩個或者多個基站之間的無線電波通信，具有廣泛的覆蓋范圍、通信容量大和安全的信息傳輸?shù)葍?yōu)勢，使其在新一代通信系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用，不僅是軍事領(lǐng)域，在民用中也隨處可見它的身影。傳統(tǒng)衛(wèi)通天線主要基于機(jī)械轉(zhuǎn)動的拋物反射面天線，該天線通過伺服電機(jī)的驅(qū)動作用控制天線的方位面和俯仰面指向位置，但隨著現(xiàn)代信息化的發(fā)展，受伺服控制系統(tǒng)、電子羅盤、陀螺等器件影響，掃描精度和反應(yīng)靈敏度極其有限，該天線很難維持靈活機(jī)動的波束切換達(dá)成高速運(yùn)動天線載體的實(shí)時跟蹤。另一方面，機(jī)械轉(zhuǎn)動天線的重量重、體積大使其日常的維護(hù)困難。同時，在高速運(yùn)動的平臺中所受的空氣阻力大，導(dǎo)致應(yīng)用場景局限于大型低速移動平臺。為實(shí)現(xiàn)新一代衛(wèi)通天線的應(yīng)用需求，近年來，大力發(fā)展的平面電掃描天線陣列為新一代衛(wèi)通天線的發(fā)展指引了方向。平面天線采用電掃描的方式控制和形成波束，它的出現(xiàn)擺脫體積與重量的桎梏，實(shí)現(xiàn)快速高效的波束切換，很好的彌補(bǔ)了上述機(jī)械轉(zhuǎn)動式天線的不足之處，是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)化磅礴發(fā)展的關(guān)鍵。

目前衛(wèi)星通信領(lǐng)域正在出現(xiàn)多種平面天線新技術(shù)，特別適合于非對地靜止軌道(Non-Geostationary Satellite Orbit，NGSO)衛(wèi)星業(yè)務(wù)和飛機(jī)、船舶、汽車等移動平臺應(yīng)用。平面相控陣是由陣列天線發(fā)展起來的一類平面天線，通過由連接在天線后方的可控電子移相器控制天線單元的相位，可以在若干微秒的時間內(nèi)，把原來向某方向?qū)?zhǔn)的波瓣轉(zhuǎn)變而投射到另一方向。但是，而這種方法通常需要大量的相移器和放大器，饋電網(wǎng)絡(luò)非常的復(fù)雜，致使其成本高，損耗大，效率低，使得一些民用通信望而卻步。平板反射陣和具有電子波束形成能力的陣列透鏡的發(fā)展也為高性能、低成本的相控陣天線結(jié)構(gòu)提供了許多新的可能性，但由于饋源天線的存在，很難實(shí)現(xiàn)天線的低剖面結(jié)構(gòu)。近年來，基于電控技術(shù)的數(shù)字式相控陣天線引起了人們極大的興趣。由于數(shù)字式相控陣不需要額外的連續(xù)可變移相器，它的系統(tǒng)復(fù)雜性、溫度不穩(wěn)定性、成本、重量和不同相位下的可變插入損耗大大降低。因此，在許多應(yīng)用中，數(shù)字式相控陣已成為傳統(tǒng)相控陣天線的一個有效且經(jīng)濟(jì)的替代方案。

綜上所述，未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)對其相控陣天線系統(tǒng)提出了更高、更苛刻的要求：低成本、低輪廓、大角度電掃描，這三個條件必須同時滿足。面對上述挑戰(zhàn)，本發(fā)明從天線單元結(jié)構(gòu)，提出新的解決方法，以推動新一代平面衛(wèi)通天線的技術(shù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就是針對上述問題，提出一種用于低軌衛(wèi)星通信的低成本平板相控陣天線設(shè)計(jì)，并對實(shí)現(xiàn)相控陣天線掃描的方法進(jìn)行闡述。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：