基于星载平面反射阵天线的波束控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于星载平面反射阵天线的波束控制系统。
【背景技术】
[0002]平面反射阵天线由平面反射面和馈源喇叭组成，其每一个单元都具有相位调节功能，可以通过相位合成技术实现波束控制，且其重量及功耗方面与一般的星载相控阵天线相比有很大的优势，结构简单，成本相对较低，是近年来国内外星载天线的一个研究热点。对于天线波束控制系统，目前国内对有源相控阵天线的波束控制系统研究较多，但对于平面反射阵天线的波束控制系统鲜有研究。
[0003]文献《基于FPGA的波控系统设计与实现》(“应用科技”，Vol.35 N0.3, March.2008 )中的波控系统由很多FPGA芯片构成的波控板和T/R组件构成，每个FPGA波控板控制一个天线子阵，这样就需要若干个FPGA波控板，系统实现复杂，重量大，而且在该系统中，采用了 T/R组件，移相器为5位的数字式移相器，成本相对较高。工程硕士学位论文《基于FPGA平台的波控系统设计》中的波控系统由波控主机、阵面子阵运算处理模块和移相器组成，其中波控主机未采用主备份设计，移相器采用了铁氧体移相器，阵面子阵运算处理模块还包含接口电路、FPGA芯片、存储器EEPROM和驱动电路组成，该系统实现比较复杂，硬件成本较高。专利《一种星载大型相控阵天线波束控制装置》(专利申请号:CN201510073210，专利公开号:CN104617390)中的波控控制装置包括卫星平台数管计算机、波束控制计算机、多个波束控制单元、C波段T/R组件、C波段延时放大组件、L波段T/R组件和L波段延时放大组件，其构成方式比较复杂。
[0004]目前现有相控阵天线波束控制系统实现的复杂性太高，而缺乏对星载平面反射阵天线波束控制系统的研究。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种基于星载平面反射阵天线的波束控制系统，对星载平面反射阵天线进行波束指向控制，可靠性高、系统复杂度低、软件实现简单。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供一种基于星载平面反射阵天线的波束控制系统，对星载平面反射阵天线进行波束指向控制时，将天线阵列分成N个天线分区，每个天线分区中的天线单元数量为M，该波束控制系统包含:
波控机，其电性连接卫星平台上的数管计算机，该波控机接收数管计算机发送的波束指向角度，计算得到N组波控码输出给N组驱动器组，所述的波控码包含:时钟信号CLK、码信号DATA和锁存信号LE ;
N组驱动器组，其电性连接波控机，每一组驱动器组对应一个天线分区，每组驱动器组包含m个串联的驱动器，每一个驱动器电性连接k个移相器，每组驱动器组对应接收一组波控码，其中，第一个驱动器接收波控码，第2个驱动器?第m-Ι个驱动器依次将波控码中的码信号延时输出给下一个驱动器，第m个驱动器将延时后的码信号作为波控码回读信号输出给波控机，每一个驱动器都在收到锁存信号时将码信号锁存并转换成并行的电压信号并行输出给对应的移相器组；
N组移相器组，每组移相器组对应一个天线分区和该天线分区中的驱动器组，每组移相器组包含的移相器的数量M与对应天线分区中的天线单元的数量相同，每一个移相器对应电性连接该天线分区中的一个天线单元，每一个移相器电性连接该天线分区中的驱动器组中的一个驱动器，每一个移相器根据驱动器组输入的电压信号对电磁波信号进行相应角度的移相后，经天线辐射出去，最终使天线阵列形成所需指向的方向图；
不同天线分区中的天线单元的数量M可以不同；
每个驱动器连接的移相器的数量k可以不同；
每组移相器组包含的移相器的数量M= kl+k2+……+ km，其中，kl是第一个驱动器连接的移相器的数量，km是第m个驱动器连接的移相器的数量。
[0007]所述的波控机包含电性连接数管计算机的第一波控模块和第二波控模块，以及电性连接第一波控模块和第二波控模块的波控机电源模块，所述的第一波控模块和第二波控模块并联连接；
所述的第一波控模块和第二波控模块的电路和软件完全相同，且第一波控模块和第二波控模块设计在同一块电路板上，当第一波控模块工作时，第二波控模块冷备用，当第二波控模块工作时，第一波控模块冷备用。
[0008]所述的第一波控模块和第二波控模块都包含电性连接的控制器和电平转换模块，控制器根据数管计算机发送的波束指向角度计算出每个天线分区的波控码，电平转换模块驱动N组波控码发送给N组驱动器组，同时电平转换模块将N组驱动器组发送的波控码回读信号发送给控制器，控制器将接收到的波控码回读信号与发送的波控码进行一一比对，以判断波控码传送是否发生错误，电平转换模块单向导通且默认不使能，以实现第一波控模块和第二波控模块的隔离。
[0009]时钟信号CLK、码信号DATA和锁存信号LE之间的时序关系为:若波控机输出的码信号为η位，锁存信号LE在码信号发送期间一直为低电平，在η位码信号发送完成后的下一个时钟上升沿到达之前变为高电平，持续一个时钟周期，时钟信号CLK持续η+1个时钟周期，η个时钟周期用于发送码信号DATA，后I个周期用来发送锁存信号LE。
[0010]所述的每个天线分区中的驱动器组中的m个驱动器的串联方式为:第一个驱动器的三个串行控制线输入管脚连接波控机I的输出端，接收波控机输出的一组时钟信号CLK、码信号DATA和锁存信号LE，三个串行控制线输出管脚连接第二个驱动器的三个串行控制线输入管脚，将输出时钟信号CLKout、输出码信号So及输出锁存信号LEout作为输入信号输入第二个驱动器，第二个驱动器的三个串行控制线输出管脚连接第三个驱动器的三个串行控制线输入管脚，以此类推，第m个驱动器的三个串行控制线输入管脚连接第m-Ι个驱动器的三个串行控制线输出管脚，第m个驱动器中输出码信号So的串行控制线输出管脚连接波控机的输入端，将输出码信号So作为波控码回读信号返回给波控机。
[0011]时钟信号CLK和锁存信号LE进入驱动器后立即输出，码信号DATA延时24个时钟周期输出，每一个驱动器都将码信号DATA延时后输出到下一个驱动器，每一个驱动器在锁存信号LE的上升沿将串行的延时后的码信号DATA进行锁存，同时将锁存后的波控码转换为并行的24个-5V或OV输出电压信号并行输出至8个移相器。
[0012]所述的移相器组中的每个移相器包含三个电压输入控制端V1、V2、V3和一个射频信号输入输出端RF，电压输入控制端连接与移相器组3位于同一个天线分区中的驱动器组中的每一个驱动器的并行控制线输出管脚，驱动器为移相器提供电压值，电压值控制移相器内部移相开关的通断，进而控制移相器当前应移相的角度，电磁波信号由射频信号输入输出端RF输入移相器后经过相应角度的移相后输出，每个移相器通过射频通孔与天线相连，移相后的电磁波信号最终经天线辐射出去。
[0013]移相器共有四个移相状态:电压输入控制端V1、V2、V3均为-5V电压时，移相角度O度；V1电压为0V，V2、V3电压为-5V时，移相角度90度；V1、V2电压为0V，V3电压为-5V时，移相角度180度；V1、V2、V3电压为OV时，移相角度270度。
[0014]本发明对星载平面反射阵天线进行波束指向控制，可靠性高、系统复杂度低、软件实现简单。
【附图说明】
[0015]图1是本发明提供的基于星载平面反射阵天线的波束控制系统的电路框图。
[0016]图2是驱动器组中的驱动器的串联方式示意图。
[0017]图3是波控码的时序图。
[0018]图4是驱动器与移