[發明專利]L波段低仰角覆蓋機載前艙衛通相控陣天線

在審

• 申請號: 202010891055.1
• 申請日: 2020-08-30
• 公開（公告）號: CN112103649A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 姚亞利;溫劍;梁宇宏;李秀梅;張云;何凌云
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H01Q3/04
• 分類號: H01Q3/04;H01Q21/00
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種L波段機載前艙低仰角覆蓋衛通相控陣天線，旨在提供一種方法簡單、尺寸小、低仰角覆蓋的衛通相控陣天線。本發明通過下述技術方案予以實現：天線單元采用寬帶圓極化微帶天線，每個微帶天線單元a以工作頻率對應的波長，按相鄰微帶貼片天線單元距離為05波長沿直線均勻排列為傾斜天線陣，兩個直線天線陣關于屋脊頂部對稱，每個直線陣通過T/R組件中移相器相位的改變進行一維波束掃描覆蓋方位180°范圍，再通過開關對兩列天線進行切換，實現方位波束的360°覆蓋。本發明結構簡單、容易實現、成本低廉，適用于機載前艙衛星通信。

技術領域

本發明屬于L波段機載衛通天線領域，涉及一種用于機載前艙衛星通信的L波段低仰角覆蓋相控陣天線。

背景技術

20世紀以前，民航飛機在跨洋和偏遠地區只能通過航空短波、超短波通信實現空地 通信、空中交通管理，隨著衛星導航通信系統的引入，可實現整個航路，甚至全球范圍內的 空地通信機航空交通管理服務。衛星移動通信與地面移動通信相比,最大的優勢在于可以實 現地球表面無縫隙覆蓋,真正隨時隨地傳遞信息。

機載衛星通信設備能夠為飛機提供可靠實時移動的通信手段，是保障飛行安全和空 地通信的重要裝備。機載衛星通信系統可分為駕駛艙衛星通信(即機載前艙衛星通信)和客 艙衛星通信。前艙通信屬于安全業務通信，是必須安裝在航空器上的無線電設備。

現有技術公開了一種工作于UHF頻段圓極化機載衛星通信天線，該天線采用相位相 差90°饋電的一對正交對稱振子的方式實現圓極化，通過移相器來實現90°的相位差，通過增大振子寬度和在輻射體邊緣引入寄生單元等方法，來實現天線的寬頻帶、寬波束、高增益。UHF頻段衛星通信天線圓極化部分由兩對正交饋電的對振子天線組成。這種天線的半波振子天線的帶寬較窄，需要通過增加振子直徑的方法增大天線帶寬。其對稱振子天線采用 非平衡的同軸線饋電時還需要加入平衡器才能保證天線的方向圖不會發生畸變。并且還要采 用帶阻抗補償的Ⅲ型巴倫作為振子天線的平衡器。由于交叉偶極子作為天線單元的平面陣實 現的尺寸較大，不能實現機載前艙共形。L頻段傳輸鏈路受雨雪、溫度等天氣等影響極小， 是衛星通信的黃金頻段，海事前四代衛星系統均基于L波段。L波段陣列天線在充分利用平 臺空間的情況下，利用自身波長較長的優勢，可以獲得優異的遠距離探測性能，同時在惡劣 天氣環境中的穿透力及復雜地面雜波下的可靠性也較好。

為了滿足低緯度衛星的通信要求，需要天線具有低仰角高增益的特點，這就要求天 線在寬波束內實現高增益。海事衛星要求L波段機載終端天線覆蓋仰角5°以上85％的空域， 因此，需要設計寬角覆蓋的天線陣列。通常實現天線陣列的寬角覆蓋的方法有以下幾種：

第一種是設計出寬波束的天線單元。天線單元波束越寬，低仰角增益越大，陣列就能覆蓋更 低的仰角。但是這種方法有以下缺點：首先，天線單元小型化的優化仿真耗時耗力；其次， 天線單元過分小型化會造成天線輻射效率低，增益降低；最后，大多寬波束天線單元的波束 覆蓋范圍都在120°(±60°)左右，距離海事要求的仰角5°(即±85°錐角范圍)還有 較大差距。

第二種是采用機械掃描和電掃描混合的方式。在電掃描不能覆蓋的區域，采用機械 轉臺改變天線姿態，從而達到寬角覆蓋的目的。但是機械掃描需要額外的伺服驅動裝置，而 機載平臺空間有限，且由于低風阻等原因對剖面要求很低，所以機械掃描并不是最佳選擇。

2004年，St.D.llcev發表的一篇論文里提到了加拿大Marconi公司和美國的Tecom公 司生產的L波段機載前艙衛通天線，是用交叉偶極子作為天線單元的平面陣實現的，尺寸較 大。本發明提出一種“屋頂型”共形陣，結合一種小型化寬帶天線單元，用較小的陣面規模 實現低仰角覆蓋。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足之處，提供一種方法簡單、尺寸小、低仰角覆蓋的L波段機載前艙衛通相控陣天線。