一种多波束相控阵卫星通信阵列天线及方向性控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及进行卫星通信的多波束卫星通信阵列天线的结构及其方向性控制系统，特别是涉及高速运动物体或姿态变换频繁的物体与卫星进行通信的阵列天线结构及其方向性控制系统。
【背景技术】
[0002]地面卫星导航设备和地面卫星收发双向天线已经发展得非常成熟，随着空中活动的越来越频繁，空中飞行物体除了需要接收导航卫星的数据，接受卫星导航服务之外，还需要进行卫星通信，然而目前空中飞行物体大部分限于卫星导航应用。
[0003]卫星天线按照扫描跟踪方式可以分为机械扫描跟踪和电扫描跟踪，其中机械扫描卫星天线一般为方位、俯仰和极化三轴驱动，对于地面固定站、车载卫星天线、船载卫星天线和便携式卫星天线采用机械扫描就能满足要求。但对于空中自由运动的物体，采用机械扫描，跟踪速度很难满足要求，尤其是对于高速移动，并且飞行姿态不断快速变化的物体来说，采用机械扫描跟踪是很难实现的。多波束相控阵卫星天线的扫描跟踪速度非常快，广泛地应用于各种雷达天线和卫星天线中，但一般的电扫描卫星天线的结构复杂，散热问题不易解决，相位控制非常难。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种多波束相控阵卫星通信阵列天线及方向性控制系统，可以安装在空中快速移动且姿态变换比较频繁的物体上的卫星通信天线，用于可移动物体的卫星通信装置需要高速的自动跟踪功能。
[0005]本发明通过以下技术方案实现:
[0006]一种多波束相控阵卫星通信阵列天线，包括4个天线组合，每个天线组合结构相同，功能相同且相互独立，每个天线组合包括2个发射单元和I个接收单元，总共8个发射单元和4个接收单元实现波束全方向覆盖；其中每个发射单元由功分移相器和6个天线阵元组成，功分移相器通过相位偏移使6个阵元形成窄发射波束，以此方式提高发射增益?’每个接收单元由低噪声放大器和2个天线阵元组成，并将天线控制器、四选一开关、八选一开关、功率放大器置于每个天线组合中。
[0007]一种多波束相控阵卫星通信阵列天线方向性控制系统，包括天线控制器、四选一开关、八选一开关、功率放大器、低噪声放大器、功分移相器；其中:天线控制器通过计算得出指向卫星的波束号，然后通过电平驱动信号控制四选一开关、八选一开关、功分移相器、功率放大器、低噪声放大器的工作状态；四选一开关是4个接收单元的选择开关，八选一开关是8个发射单元的选择开关；功分移相器用于形成窄发射波束，功率放大器用于发射射频信号的放大，低噪声放大器用于放大接收信号。
[0008]所述的多波束相控阵卫星通信阵列天线采用电扫描和移相波束合成技术形成多波束，实现波束的高速切换和高增益。
[0009]所述的多波束相控阵卫星通信阵列天线方向性控制系统根据阵列天线所处的空间位置，以及传感器给出的姿态信息，计算并控制切换到相应波束与卫星建立通信，当姿态发生变化时，方向性控制系统切换到另一组波束与卫星进行通信。
[0010]所述的多波束相控阵卫星通信阵列天线与卫星通信时，通过阵列天线方向性控制系统通过电扫描方式切换波束，将正对准卫星的天线波束与卫星收发信机连通，控制该波束与卫星进行通信。
[0011]本发明的有益效果:
[0012](I)合成多波束，波束增益高；
[0013](2)方向性控制系统，波束切换快；
[0014](3)本卫星阵列天线特别适合于高速移动或姿态变换比较频繁的物体和卫星之间的通信。
[0015](4)本卫星阵列天线采用卫星通信，不受地域限制，在通信不发达的地域尤为显著。
【附图说明】
[0016]图1本发明天线结构图；
[0017]图2本发明天线组合结构图；
[0018]图3为多波束相控阵卫星通信阵列天线的方向性控制系统结构图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步介绍，在以下说明所用附图中相同的部分被标以相同的标号，本发明全向卫星通信阵列天线的实施例参考图1至3加以说明。
[0020]附图1所示为多波束相控阵卫星通信阵列天线整体结构图，整个天线分为四个天线组合，每个天线组合自成一体(包括多个辐射单元、移相器、低噪放等)，占90°安装空间，负责90°的周向覆盖和±80°的轴向覆盖。四个组合之间尽可能减少射频电缆交连，加工完成后分别往载体上装配，在载体上形成整体，实现周向360°覆盖。
[0021]附图2为天线组合结构图，每组天线组合由2个发射天线单元和I个接收天线单元组成。每个发射单元由6个方形微带天线阵元组成，6单元组阵后，通过功分移相器形成四个扫描波束，用以覆盖±80°的纵向角和±22.5°的横向角。每个接收单元分为2个微带天线单元，单元采用小型化设计，以展宽其在纵轴方向的波束宽度，利用馈电电路控制单元相位，使两单元合成以提高整个接收波束的增益。
[0022]附图3为多波束相控阵卫星通信阵列天线的方向性控制系统的结构图，系统由天线控制器、驱动器、电子开关、低噪放、移相器等组成。天线控制器通过控制驱动器实现对电子开关和移相器的电切换，从而形成多波束。同时，天线控制器对位置和姿态信息进行解算得到面向卫星的波束号，再通过电切换方式切换对应波束。
【主权项】
1.一种多波束相控阵卫星通信阵列天线，其特征在于:包括4个天线组合，每个天线组合结构相同，功能相同且相互独立，每个天线组合包括2个发射单元和I个接收单元，总共8个发射单元和4个接收单元实现波束全方向覆盖；其中每个发射单元由功分移相器和6个天线阵元组成，功分移相器通过相位偏移使6个阵元形成窄发射波束，以此方式提高发射增益；每个接收单元由低噪声放大器和2个天线阵元组成，并将天线控制器、四选一开关、八选一开关、功率放大器置于每个天线组合中。
2.如权利要求1所述的一种多波束相控阵卫星通信阵列天线，其特征在于:所述的多波束相控阵卫星通信阵列天线采用电扫描和移相波束合成技术形成多波束，实现波束的高速切换和高增益。
3.如权利要求1或2所述的一种多波束相控阵卫星通信阵列天线，其特征在于:所述的多波束相控阵卫星通信阵列天线与卫星通信时，通过阵列天线方向性控制系统通过电扫描方式切换波束，将正对准卫星的天线波束与卫星收发信机连通，控制该波束与卫星进行通信。
4.一种多波束相控阵卫星通信阵列天线方向性控制系统，其特征在于:包括天线控制器、四选一开关、八选一开关、功率放大器、低噪声放大器、功分移相器；其中:天线控制器通过计算得出指向卫星的波束号，然后通过电平驱动信号控制四选一开关、八选一开关、功分移相器、功率放大器、低噪声放大器的工作状态；四选一开关是4个接收单元的选择开关，八选一开关是8个发射单元的选择开关；功分移相器用于形成窄发射波束，功率放大器用于发射射频信号的放大，低噪声放大器用于放大接收信号。
5.如权利要求4所述的一种多波束相控阵卫星通信阵列天线方向性控制系统，其特征在于:所述的多波束相控阵卫星通信阵列天线方向性控制系统根据阵列天线所处的空间位置，以及传感器给出的姿态信息，计算并控制切换到相应波束与卫星建立通信，当姿态发生变化时，方向性控制系统切换到另一组波束与卫星进行通信。
【专利摘要】本发明提供一种多波束相控阵卫星通信阵列天线及方向性控制系统，用于可移动物体的卫星通信装置需要高速的自动跟踪功能。一种多波束相控阵卫星通信阵列天线，包括4个天线组合，每个天线组合结构相同，功能相同且相互独立，每个天线组合包括2个发射单元和1个接收单元，总共8个发射单元和4个接收单元实现波束全方向覆盖；其中每个发射单元由功分移相器和6个天线阵元组成，功分移相器通过相位偏移使6个阵元形成窄发射波束，以此方式提高发射增益；每个接收单元由低噪声放大器和2个天线阵元组成，并将天线控制器、四选一开关、八选一开关、功率放大器置于每个天线组合中。
【IPC分类】H01Q3-36, H01Q21-00
【公开号】CN104682017
【申请号】CN201410833630
【发明人】关晓磊, 单立超, 吕倩, 吕学治
【申请人】北京航天科工世纪卫星科技有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月26日