一维相控阵通信天线设计.pdf

第4期
中る科脫
Vol 5 No 4
2010年8月
Journal of CAEI'T
Aug. 2010
相控阵天袋”专题
∈っとっっといのいーいの
维相控阵通信天线设计
路志勇2,武伟
(1.中国电子科技築团公司第54研究所,石家庄050081;
2.北京理エ大学,北京100081)
摘要:在通信领城,反射面天线是常用的天线形式,具有增益高、性能稳定可靠等特点。但是反射
面天缄尺寸大,并且需要复杂的伺服跟踪系统,因此不适合车栽、机载等安装平台。相控阵天线具
有低轮廊、易共形、跟踪度快等特点,是通信天线的技术发展趋势。一维相控阵天线是一种俯仰
电扫描、方位机械扫描的天线形式,具有外形低、跟踪遠度快、复杂度和成本较低等优点,可作为高
性能的通信天线。
关键词:通信天线;相控阵天线;反射面天线
中图分类号:TN8211.8文献标识码:A文章编号:1673-5692(2010)04-351-03
The Design on the One-dimensional Phased Array Communication Antenna
LU Zhi-yong", WU Wei
(1. The 54th Research Institute of CETC, Shijiazhuang 050081, Chi
2. Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)
Abstract In the field of communication, the reflector antenna is the common antenna, which has the
characteristics such as high gain and good performance. However, the reflector antenna has a big size and
needs a complieated servo Tracking system, so it is not suited for installation platform of vehicle and air-
borne. The phased array antenna has the features such as low profile, good conformal shape and high
tracking speed, it is the development trend for communication antennas. The one-dimensional phased ar-
ray antenna is a kind of antennas with pitching electrical scan and azimuth mechanical scan, which has
the advantages of low profile, go
high tracking speed and low
nd low complexi
ty. In a word, it can be used as high performance communication antenna
Key words: communication antenna; phased array antenna; reflector antenna
天线是一种折中方案,这种天线采用俯仰电扫描、方
0引言
位机械扫描的体制,复杂度和成本较低,可作为高性
能的通信天线,具有低轮廊、跟踪速度快等特点。
在通信领域,反射面天线是常用的高增益天线形
式。但是反射面天线尺寸大,并且需要复杂的伺服限1一维相控阵天线工作原理及关键技
踪系统,因此不适合车载、机载等安装平台。相控阵
术分析
天线具有低轮廓、易共形、跟踪速度快等特点,并且还
可以具有波束扫描、多波束等功能,是通信天线的技
一维相控阵天线一般采用如图1所示的结构布
术发展趋势2。但是,二维的相控阵天线复杂度髙、局。这种天线在方位方向采用机械转动,因此一般
成本昂贵,在通信领域中很少应用。一维相控阵把天线阵列放置在圆盘上,便于方位转动。俯仰方
收稿日期:2010-05-17修订日期:201007-07
万方数据
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中電丽徴
2010年第4期
向不需要机械转动,靠相控阵方式实现电子波東扫
c)小型化、低损耗馈电网络
描。由于波東扫描后天线增益会有损失,为保证俯
采用非标减高波导、基片集成波导(SIW)、悬置
仰角的覆盖范围,可事先将天线阵列倾斜一定角度。带线等结构进行馈电,可有效减小尺寸并具有较小
如俯仰需要覆盖0°90°的范围,如果阵面朝正上的损耗。
方放置,则需要打描90°,这将造成很大的扫描损
失。但如果将整个阵面倾斜45°,则最大扫描角只2一维相控阵天线设计实例分析
有45°,扫描损失很小。由于通信天线的收发频段
一般不相同,设计成收发共用的阵列具有一定难度,
实际设计了一种双极化一维相控阵天线
因此接收阵列和发射阵列分开设计。
图3中包括两种极化方式的天线,其中波导窄边缝
发射阵列
隙为水平极化方式工作,采用波导馈电,形成水平极
接收阵列
化线阵单元;两个波导缝隙天线之间形成一个张角
结构,使用SIW(基片集成波导)馈电,形成垂直极
化线阵单元。因此,图3的结构形成了水平极化与
图1天线结构布局示意图
垂直极化相间隔的阵列形式,通过调整两阵列的幅
对于一维相控阵天线,已不再是单独的天线,而度比例,可实现任意极化方向。
是由天线、射频、伺服跟踪等部分共同组成的一个天
线系统,天线系统组成框图如图2所示。天线系统
由接收天线阵列、发射天线阵列、各路发阻滤波器
垂直极
线阵
低噪放模块、收阻滤波器、功放模块、接收移相模块
发射移相模块以及合路器、功分器、天线转台、伺服
跟踪电路等部分组成。
输入卫星信号
输出信号发向卫星
接收天线阵列
发射人线阵列
图3天线阵列示意图
各路发阻滤波器
各路收阻滤波
俯仰波束扫描方向,在满足扫描角度范围条件
各路低噪放模块
各路功放模块
下,应尽量拉大个单元的间距以提高阵列增益,按照
土35°的扫描范围考虑,并考虑接收频段(12.25
惯导、GPS数据
「伺服跟踪电路
12.75GHz)和发射频段(14~14.5GHz)的带宽,选
各路接收移相模块
各路发射移棡模块
择俯仰面的阵列间距为0.56(A为中心频率对应
合路器
功分器
的波长),选定接收阵列和发射阵列俯仰方向间距
送入卫通接收接口1来自卫運发射
分别为13.6mm和12mm
日2天线系统组成框图
在方位方向即波束不扫描的方向,阵列设计时
维相控阵通信天线设计的关键技术有
以迫求增益最大为准。结合收发带宽,选择俯仰面
)双极化天线阵列设计技术
的阵列间距为0.64A,确定接收阵列和发射阵列的
通信系统(尤其是卫星通信系统)中,需要天线方位方向间距分別为15:35mm和13.45mmo
阵列具有两种极化方