本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信系統(tǒng)天線設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種降低衛(wèi)星動中通多子陣天線高度的方法。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)已成為一種實現(xiàn)寬帶移動通信的有效手段，在突發(fā)公共事件處理、應(yīng)急指揮、信息實時傳遞等領(lǐng)域中發(fā)揮著非常重要的作用。

動中通需要安裝于載體的頂部才能實現(xiàn)與赤道上空的地球同步軌道衛(wèi)星進行通信，由于傳統(tǒng)的拋物面動中通系統(tǒng)的天線高度較高，載體的機動性和通過性受到風阻與涵洞、橋梁高度等因素的制約。為此，拋物面動中通地球站在應(yīng)用時往往對載體進行結(jié)構(gòu)改裝，有的系統(tǒng)在安裝時還要在車頂上挖洞或開槽，該方法破壞了載體的完整性，使得系統(tǒng)的推廣應(yīng)用受到很大的限制。

低輪廓動中通不需要在載體頂部挖洞或開槽，對載體外觀改動少，可保持載體外觀的完整性；另外，安裝低輪廓動中通的載體運動過程中產(chǎn)生的風阻小，遇到陸地上的橋梁、涵洞時可通過性好；戰(zhàn)場中采用低輪廓動中通的作戰(zhàn)單元戰(zhàn)場隱蔽性強，信息傳輸保密性高，能極大地增強其戰(zhàn)場生存能力。

當前低輪廓動中通大部分采用平板天線。綜合國外平板天線動中通的發(fā)展，降低平板天線動中通高度的技術(shù)方法主要有電子相控陣體制、波束預(yù)傾斜技術(shù)、多子陣技術(shù)和機械相控陣等，其中電子相控陣體制的平板天線造價較高，波束預(yù)傾斜技術(shù)一般只能適用于緯度跨度較小的國家和地區(qū)，不適合我國國情，而多子陣技術(shù)是目前國外低輪廓平板天線動中通降低天線高度的主要技術(shù)途徑。

與一般的相控陣天線相比，多子陣相控陣天線中的各子陣并不在同一平面上。由于多子陣相控陣天線口徑的離散性，其天饋系統(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化存在著不少難點。

已公開的衛(wèi)星動中通多子陣天線技術(shù)的情況如下：

1、俯仰機掃的可調(diào)間距多子陣相控陣天線。以色列Starling公司的MIJET天線及美國RaySat公司的SpeedRay3000動中通天線都屬于這種類型，該類天線的子陣間距及子陣俯仰角可隨著仰角進行調(diào)整，其天線性能好，成本高，一般能實現(xiàn)高速雙向通信。由于調(diào)節(jié)子陣間距的成本會隨著子陣數(shù)的增多而成倍的增大，因此該類天線所用的子陣數(shù)量較少，方向圖主瓣寬度較寬。

2、俯仰機掃的固定間距多子陣相控陣天線。韓國ETRI的MANT天線及美國RaySat公司的SpeedRay1000動中通天線都屬于這種類型，其中SpeedRay1000是一個單收的動中通系統(tǒng)，其天線結(jié)構(gòu)與SpeedRay3000動中通基本相同，但其售價僅為SpeedRay3000動中通的1/3左右。由于子陣間距固定，該類天線在進行俯仰維掃描時天線的有效口徑會變化，與可調(diào)間距的天線相比，其天線性能較差，但天線成本也相對較低。

3、俯仰電掃的固定間距多子陣相控陣天線。瑞士JAST的Hisat天線就屬于這種類型，由于在俯仰維上采用電子掃描，子陣方向圖的主瓣寬度會影響天線的掃描范圍，因此該類天線所用的子陣數(shù)量較多，子陣寬度較窄。

綜上所述，上述三類天線的子陣都采用等寬度的均勻陣列，這種設(shè)計無法有效降低天線的峰值旁瓣，不利于提高天線的性能，因此需要一種星動中通多子陣天線高度較低、性能優(yōu)良的技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種降低衛(wèi)星動中通多子陣天線高度的方法，該方法能夠有效的降低衛(wèi)星動中通多子陣天線的高度，并且衛(wèi)星動中通多子陣天線的性能優(yōu)良。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的降低衛(wèi)星動中通多子陣天線高度的方法包括以下步驟：

給多子陣天線中的子陣各輻射單元連接長度不同的延時線，使子陣波束的指向與子陣平面法線方向的夾角為γ，并且γ方向的來波信號在子陣天線單元間的波程差采用延遲補償，使各天線單元信號疊加后在γ方向達到最大；

調(diào)節(jié)多子陣天線中各子陣單元的寬度，其中，多子陣天線中各子陣單元的寬度逐漸增大。

γ方向的來波信號在子陣的第一天線單元與第n天線單元之間的相位差φ_n為：φ_n＝(n-1)kd_xsinγ，n＝1…N,則子陣天線的方向圖為：

其中，θ為來波信號與z軸的夾角，為來波信號與x軸的夾角；dx為x軸方向上輻射單元的間距，dy為軸y方向上輻射單元的間距，k為來波信號的自由空間波數(shù)，N及M分別為天線板板寬方向上的陣元數(shù)及天線板板長方向的陣元數(shù)，a_n(n＝1...N)、a_m(m＝1...M)分別為天線板板寬方向上陣元的分離加權(quán)系數(shù)及天線板板長方向上陣元的分離加權(quán)系數(shù)，為陣元方向圖，exp為指數(shù)函數(shù)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的降低衛(wèi)星動中通多子陣天線高度的方法采用子陣預(yù)傾斜方法，通過給多子陣天線中的子陣各輻射單元連接長度不同的延時線，使子陣波束的指向與子陣平面法線方向的夾角為γ，使天線板與水平面的夾角β降低，從而降低天線的高度，同時本發(fā)明采用不等寬子陣技術(shù)提高多子陣天線的性能，具體的，通過調(diào)節(jié)多子陣天線中各子陣單元的寬度，其中，多子陣天線中各子陣單元的寬度逐漸增大，需要說明的是，在多子陣天線中，多子陣天線的峰值旁瓣電平是由各子陣單元的間距決定的，本發(fā)明采用不等寬子陣技術(shù)可以有效克服子陣單元等間距分布引起的天線方向圖周期性，有利于降低衛(wèi)星動中通多子陣天線的峰值旁瓣電平，進而提高多子陣天線的性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中子陣預(yù)傾斜方法的原理圖；

圖2為本發(fā)明中實現(xiàn)子陣預(yù)傾斜方法的饋線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；

圖3為本發(fā)明中不等寬子陣技術(shù)的原理示意圖；

圖4為本發(fā)明第一個實施例中子陣預(yù)傾斜不同角度時天線的主瓣寬度變化示意圖；

圖5為本發(fā)明第一個實施例中子陣預(yù)傾斜不同角度時天線的峰值旁瓣電平變化示意圖；

圖6為本發(fā)明第二個實施例中采用不等寬子陣技術(shù)時多子陣天線的主瓣寬度變化示意圖；

圖7為本發(fā)明第二個實施例中采用不等寬子陣技術(shù)時多子陣天線的峰值旁瓣電平變化示意圖；

圖8為本發(fā)明第二個實施例中采用等寬子陣的多子陣天線方向圖；

圖9為本發(fā)明第二個實施例中不等寬子陣技術(shù)時的多子陣天線方向圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

參考圖1、圖2及圖3，本發(fā)明所述的降低衛(wèi)星動中通多子陣天線高度的方法包括以下步驟：

給多子陣天線中的子陣各輻射單元連接長度不同的延時線，使子陣波束的指向與子陣平面法線方向的夾角為γ，并且γ方向的來波信號在子陣天線單元間的波程差采用延遲補償，使各天線單元信號疊加后在γ方向達到最大；

調(diào)節(jié)多子陣天線中各子陣單元的寬度，其中，多子陣天線中各子陣單元的寬度逐漸增大。

γ方向的來波信號在子陣的第一天線單元與第n天線單元之間的相位差φ_n為：φ_n＝(n-1)kd_xsinγ，n＝1…N,則子陣天線的方向圖為：

其中，θ為來波信號與z軸的夾角，為來波信號與x軸的夾角；dx為x軸方向上輻射單元的間距，dy為軸y方向上輻射單元的間距，k為來波信號的自由空間波數(shù)，N及M分別為天線板板寬方向上的陣元數(shù)及天線板板長方向的陣元數(shù)，a_n(n＝1...N)、a_m(m＝1...M)分別為天線板板寬方向上陣元的分離加權(quán)系數(shù)及天線板板長方向上陣元的分離加權(quán)系數(shù)，為陣元方向圖，exp為指數(shù)函數(shù)。

實施例一

多子陣天線的子陣陣元數(shù)量Q＝10，子陣內(nèi)的陣元數(shù)量N＝2，子陣間距D＝4.8cm，天線的工作頻率f₀＝12.5GHz，天線的俯仰掃描范圍[20°,70°]，子陣單元的預(yù)傾斜角度γ＝0°、10°、20°及40°。

當α＝40°時，若波束預(yù)傾斜角度γ＝10°，則天線板的高度可以降低16％，不同預(yù)傾斜角度下的多子陣相控陣天線主瓣寬度和峰值旁瓣電平變化如圖4及圖5所示，子陣預(yù)傾斜技術(shù)對多子陣天線的主瓣寬度影響不大，但可以顯著降低仰角時的天線峰值旁瓣電平，有利于天線性能的提升。高仰角時，受子陣間遮擋的影響，峰值旁瓣電平改善不顯著，預(yù)傾斜角度較大時還會抬升峰值旁瓣，因此波束預(yù)傾斜的角度不宜過大。

實施例二

多子陣天線的子陣陣元數(shù)量Q＝10，陣元間距dx＝1.44cm，天線工作頻率f₀＝12.5GHz，天線俯仰掃描范圍[20°,70°]：

a)各子陣單元等寬時，N_q＝2，q＝1,2,…9,10，其中，q為子陣單元的序號；

b)各子陣單元的寬度遞增指數(shù)為1時，N_q＝4，q＝1,2；N_q＝3，q＝4,3；N_q＝2，q＝5,6,7。

采用不等寬子陣技術(shù)的多子陣天線的陣元總數(shù)量與等寬結(jié)構(gòu)的天線相同，即天線口徑一致，理論上本發(fā)明設(shè)計的天線與等寬結(jié)構(gòu)的天線具有相同的天線增益，因此其主瓣寬度基本相同，如圖6所示的主瓣寬度；從圖7中可知，采用不等寬子陣技術(shù)可以顯著降低多子陣天線的峰值旁瓣電平，尤其是高仰角時的峰值旁瓣。

對比圖8及圖9，采用不等寬子陣技術(shù)的天線結(jié)構(gòu)克服了子陣單元方向圖中的周期性，顯著降低了天線的峰值旁瓣電平。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。