一种具有高辐射效率的小型s波段无源相控阵天线的制作方法
【专利摘要】一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，包括电源模块、4W功放模块、滤波器模块、波束控制模块、移相器模块、天线阵列；电源模块为4W功放模块、波束控制模块、移相器模块提供电源，4W功放模块将射频信号放大，滤波器模块用于抑制带外干扰及杂波，波束控制模块负责根据用户星的GPS位置信息和姿态信息计算相控阵天线波束指向，移相器模块控制输出信号的相位，天线阵列将信号传送输出。本发明可实现一种具有大扫描范围、波束可控、高增益、低功耗、小型化的相控阵天线，通过波束控制模块控制天线波束的指向。
【专利说明】一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，适用于小卫星S频段信号发射。
【背景技术】
[0002]“十二五”期间，我国航天领域大力发展二代导航和中继卫星，星间测控和中继测控作为不可或缺的系统也得到了快速的发展。传统的由两副半空间辐射天线组阵形成准全空间辐射的天线因增益低，已经不能满足深空探测、中继测控的要求。而相控阵天线通过发射天线组阵，增强了发射信号强度，并通过控制每个单元天线的幅相参数来改变天线波束的指向，用于中继卫星测控系统能够降低系统功耗、增加用户星的中继测控弧段，具有广泛的应用需求。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供了一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，解决小卫星中继测控发射天线增益不高，导致中继终端发射机功耗过大、体积难以减小的问题。
[0004]本发明的技术解决方案是:
[0005]一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，包括:电源模块、功放模块、滤波器模块、波束控制模块、移相器模块和天线阵列；一种S波段相控阵中继发射天线的波束控制方法
[0006]电源模块为功放模块、波束控制模块和移相器模块提供电源，功放模块将输入的S波段射频信号放大，之后送入滤波器模块进行滤波，抑制放大后的射频信号的带外干扰及杂波，滤波之后的射频信号送入移相器模块；
[0007]波束控制模块根据CAN总线发送过来的GPS定位信息和卫星姿态信息计算相控阵天线的波束指向，得到方位角和俯仰角，并根据方位角和俯仰角选择出满足当前指向角度的天线波束，输出该天线波束的射频开关片选信号至移相器模块，所述天线波束共有29种；移相器模块将所述S波段射频信号进行功率等分，再根据输入的所述射频开关片选信号，输出具有不同相位信息的4路射频信号给天线阵列，天线阵列将信号传送输出。
[0008]所述移相器模块包括I个一分四的功分器与4个时延网络；
[0009]功分器将所述S波段射频信号等分成四路送至四个时延网络，时延网络根据波束控制模块传输过来的所述射频开关片选信号，选择某一时延通路输出射频信号至天线阵列；
[0010]时延网络包括I个单刀四掷开关和4个微带时延线，每个微带时延线的端口输出具有不同的时延，单刀四掷开关根据所述射频开关片选信号，通过选择不同的端口输出实现不同的相移，所述4个微带时延线的时延依次为0° UOO0、140°和200° ；
[0011]所述波束控制模块根据CAN总线发送过来的GPS定位信息和用户星姿态信息计算相控阵天线的波束指向，得到方位角和俯仰角具体为:
[0012](1)将CAN总线发送过来的GPS定位信息转换为J2000.0惯性坐标系下的定位信息，J2000.0惯性坐标系下的定位信息包括用户星位置信息矢量二和用户星速度信息矢量 为V→;
[0013](2)根据用户星位置信息矢量r5→和中继星位置信息矢量rr→，根据公式r→=→-rs→ 求出J2000.0惯性系下用户星到中继星的矢量r→= (x，y,z)r ;
[0014](3)根据公式
【权利要求】
1.一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，其特征在于包括:电源模块、功放模块、滤波器模块、波束控制模块、移相器模块和天线阵列；一种S波段相控阵中继发射天线的波束控制方法 电源模块为功放模块、波束控制模块和移相器模块提供电源，功放模块将输入的S波段射频信号放大，之后送入滤波器模块进行滤波，抑制放大后的射频信号的带外干扰及杂波，滤波之后的射频信号送入移相器模块； 波束控制模块根据CAN总线发送过来的GPS定位信息和卫星姿态信息计算相控阵天线的波束指向，得到方位角和俯仰角，并根据方位角和俯仰角选择出满足当前指向角度的天线波束，输出该天线波束的射频开关片选信号至移相器模块，所述天线波束共有29种；移相器模块将所述S波段射频信号进行功率等分，再根据输入的所述射频开关片选信号，输出具有不同相位信息的4路射频信号给天线阵列，天线阵列将信号传送输出。
2.根据权利要求1所述的一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，其特征在于:所述移相器模块包括I个一分四的功分器与4个时延网络； 功分器将所述S波段射频信号等分成四路送至四个时延网络，时延网络根据波束控制模块传输过来的所述射频开关片选信号，选择某一时延通路输出射频信号至天线阵列；时延网络包括I个单刀四掷开关和4个微带时延线，每个微带时延线的端口输出具有不同的时延，单刀四掷开关根据所述射频开关片选信号，通过选择不同的端口输出实现不同的相移，所述4个微带时延线的时延依次为0° UOO0、140°和200°。
3.根据权利要求1所述的一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，其特征在于:所述波束控制模块根据CAN总线发送过来的GPS定位信息和用户星姿态信息计算相控阵天线的波束指向，得到方位角和俯仰角具体为: (1)将CAN总线发送过来的GPS定位信息转换为J2000.0惯性坐标系下的定位信息，J2000.0惯性坐标系下的定位信息包括用户星位置信息矢量
4.根据权利要求1所述的一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，其特征在于:所述天线阵列采用2X2天线组阵，相邻两个天线单元的间距为65mm，单元天线为四臂螺旋天线。
5.根据权利要求1所述的一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，其特征在于:所述根据俯仰角f和方位角λ选择出满足当前指向角度的天线波束，具体通过下表进行:
6.根据权利要求1所述的一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，其特征 在于：所述输出该天线波束的射频开关片选信号通过下表进行：
7.根据权利要求1所述的一种具有高辐射效率的小型S波段无源相控阵天线，其特征在于:所述移相器模块根据输入的所述射频开关片选信号，输出具有不同相位信息的4路射频信号给天线阵列，所述射频开关片选信号二进制00表示0°相移量，01表示100°相移量，10表示140°相移量，11表示200°相移量,具体通过下表进行:
【文档编号】H01Q3/30GK103872463SQ201410068860
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】赵笛, 李响, 韩孟飞, 李红宝, 王艳丽, 林合同, 孙蓦征 申请人:航天东方红卫星有限公司