专利名称：一种相扫固定多波束模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及相控阵技术，特别是一种相扫固定多波束模块。
背景技术：
在卫星信号接收中，目前常用的卫星接收天线主要包括抛物面天线、喇叭天线和平板天线，其中抛物面天线又包括偏馈天线、卡塞格伦天线、格里高利天线。随着用户需求的不断发展，已经出现了在移动当中接收卫星信号的需求，即动态卫星信号接收。通常情况下，移动当中的物体对卫星接收天线的体积和高度的要求较严格，一般需要高度低、体积小的卫星接收天线，从而与载体外形能够很好吻合。例如移动中的火车、汽车等交通工具的可利用空间就非常有限，因此通常无法放置高度和体积较大的卫星接收天线。然而，目前无论是抛物面天线、喇叭天线还是平板天线的体积和高度都比较大，无法适应动态卫星信号接收中对天线高度和体积的严格要求。
相控阵天线目前广泛应用于军事当中，它是一种由许多辐射单元排成阵列形式的定向天线，并且各辐射单元之间的辐射能量和相位关系是可以控制的。典型的相控阵天线是利用电子计算机控制移相器，以通过改变天线孔径上的相位分布来实现波束在空间扫描。同抛物面天线等常用的卫星接收天线相比，相控阵天线的体积小、高度低，但是由于相控阵天线结构复杂，造价非常昂贵，并不能在动态卫星信号接收中获得广泛的应用。
为了实现在移动当中接收卫星信号，并且降低卫星接收天线的成本，可采用混合相控阵卫星接收天线。混合相控阵卫星接收天线在方位角上采用机械扫描，并利用各种参考信号完成对卫星信号的扫描搜索和捕获；在俯仰角上采用相扫，以覆盖俯仰角范围内的卫星信号。然而，由于混合相控阵天线是通过控制辐射单元在俯仰面的波束相位来实现天线波束在俯仰面0度到70度范围内的扫描，如果波束的宽度不固定，则由于0度到70度的扫描角度过大，从而使得波束的宽度很宽，进而使得天线的增益就越小。为了保证卫星接收天线的增益，需要增加辐射单元的数目，从而仍然会增加卫星接收天线的成本。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的是提出一种相扫固定多波束模块，以降低卫星接收天线的成本。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的一种相扫固定多波束模块，该模块包括波导裂缝阵列单元、M个微带移相电路和N个相加网络，N为偶数，其中波导裂缝阵列单元的每一行用于接收卫星信号，并将每一行接收的卫星信号发送到微带移相电路；微带移相电路将卫星信号分为N路卫星信号，并控制每路卫星信号的相位，使得每个微带移相电路分出的第n路卫星信号与其它(M-1)个微带移相电路中的每一个微带移相电路所分出的第n路卫星信号同相，其中n＝(1，2......N)，M个微带移相电路中同相的第n路卫星信号都发送到同一个相加网络；相加网络用于对同相的卫星信号进行相加，以形成每个相加网络的输出波束，并且N个相加网络的输出波束形成固定多波束。
该模块进一步包括M个用于放大信号的LNA和M个用于补偿传输延迟的微调移相器，LNA与微带移相电路和微调移相器一一对应，所述波导裂缝阵列单元的每一行接收的卫星信号发送到微带移相电路为波导裂缝阵列单元的每一行接收的卫星信号发送到LNA，LNA将波导裂缝阵列单元的与该LNA相对应的行所传送过来的卫星信号进行放大，并将放大后的卫星信号输入到与该LNA对应的微调移相器，微调移相器补偿该卫星信号从波导裂缝阵列单元传输到与该微调移相器对应的LNA的传输延迟，并将补偿后的卫星信号发送到与该微调移相器相对应的微带移相电路。
该模块进一步包括电子开关，所述N个相加网络的输出波束形成固定多波束为电子开关控制输出所述N个相加网络输出的卫星信号，以形成固定多波束。
所述的N为2。
所述固定多波束的宽度为14度。
所述的N为4或6或8或10。
从以上的技术方案可以看出，本实用新型所提出的相扫固定多波束模块包括波导裂缝平面阵列、微带移相电路和相加网络。波导裂缝平面阵列用于接收卫星信号；微带移相电路用于形成固定多波束，完成相位控制、降低旁瓣，并将多波束的卫星信号发送到相加网络；相加网络用于对多波束卫星信号相加，以形成宽波束，从而增加俯仰面的覆盖范围。应用本实用新型后，通过相扫固定多波束模块将扫描角度进行固定，不用在俯仰面0度到70度范围内的扫描，通过对俯仰面进行分区而接收相应分区的卫星信号，从而极大地极少了辐射单元的数目，所以极大地降低了卫星接收天线的成本。
图1为本实用新型一实施例的相扫固定多波束模块的示意图。
图2为本实用新型一实施例的相扫固定多波束合成示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，
以下结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。
混合相控阵卫星接收天线将反射面天线技术和相控阵天线的相扫技术相结合。在方位角上采用机械扫描，并利用各种参考信号完成对卫星信号的扫描搜索和捕获；在俯仰角上采用相扫，以覆盖俯仰角范围内的卫星信号。混合相控阵卫星接收天线在俯仰面上可以利用相扫固定多波束模块来接收卫星信号，以降低卫星接收天线的成本。
图1为本实用新型的一实施例的相扫固定多波束模块的示意图。如图1所示，该相扫固定多波束模块包括16行44列的波导裂缝阵列单元101和波束形成网络，其中波束形成网络又包括16个LNA 102、16个微调移相器103、16个微带移相电路104和2个相加网络105。LNA 102与微调移相器103和微带移相电路104相对应。两个相加网络105分别和一个电子开关106相连。波导裂缝阵列单元101用于接收卫星信号，而且波导裂缝阵列单元101的每一行输出卫星信号，并且波导裂缝阵列单元101的16行所输出的卫星信号分别输入到相对应的16个LNA 102；LNA102用于对相应的卫星信号进行放大，并将每个卫星信号输入到与该LNA对应的微调移相器103；微调移相器103用于补偿卫星信号从波导裂缝阵列单元101传输到与该微调移相器对应的LNA的传输延迟；微带移相电路104用于形成固定多波束，完成相位控制、降低旁瓣，并将多波束的卫星信号发送到相加网络105，在本实施例中，每个微带移相电路104将卫星信号分为2路卫星信号，并控制每路卫星信号的相位，使得每个微带移相电路104分出的第n路卫星信号与其它15个微带移相电路104中的每一个微带移相电路104所分出的第n路卫星信号同相，此处n＝(1或2)，M个微带移相电路104中的同相的第n路卫星信号都发送到同一个相加网络105，即16个微带移相电路104分别形成信号φ1-1、信号φ1-2、信号φ1-3...信号φ1-16和信号φ2-1、信号φ2-2、信号φ2-3...信号φ2-16，而且信号φ1-1、信号φ1-2、信号φ1-3...信号φ1-16的相位相同并且进入一个相加网络；信号φ2-1、信号φ2-2、信号φ2-3...信号φ2-16的相位相同并且进入另一个相加网络；相加网络105用于对多波束卫星信号相加，以形成宽波束，从而增加俯仰面的覆盖范围；电子开关107用于控制输出两个相加网络106所输出的卫星信号。当两个波束的卫星信号都通过电子开关后，便集中输出到LNB。以上实施例中，波导裂缝阵列单元101为16行44列，而波导裂缝阵列单元101的行数和列数可以改变。
图1中，微带移相电路104将卫星信号分为两个波束。可选地，微带移相电路104也可产生四个波束、六波束、八波束、十波束等偶数个波束。此时，再相应的增加相加网络的个数。例如如果是四个波束，则需要四个相加网络，如果是八个波束，则需要八个相加网络，可以依此类推。
基于图1所示的相扫固定多波束模块，图2为本实用新型一实施例的相扫固定多波束合成示意图。如图2所示，波束1的法向角为20度，波束宽为7度；波束2的法向角为26度，波束宽为7度，两个波束进行合成后，产生的合成波束宽度为14度。
应用本实用新型可将俯仰角范围划分为若干个区域，然后根据卫星接收天线所应用的具体情况，将该卫星接收天线的俯仰角的范围根据具体的区域而进行限定。从而使得在保证卫星接收天线的体积和高度小的情况下，进一步降低波导裂缝阵列天线单元101中辐射单元的个数，进而进一步地降低成本。以鑫诺卫星在中国的应用为例，卫星接收天线在中国主要各大城市之间运动的俯仰角变化范围在35度到66度之间，考虑到常规上下桥洞的俯仰角变化在10度左右，则卫星接收天线的俯仰角的变化范围应在25度到76度之间，从而相应的俯仰面的相控扫描范围在14度到65度之间。因此，可将14度和65度之间划分为若干个区域，然后根据卫星接收天线具体应用的区域而对该卫星接收天线的俯仰角进行限制，并相应选择所需要的波束宽度，从而降低波导裂缝阵列天线单元101中辐射单元的个数，因此可以进一步的降低成本。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种相扫固定多波束模块，其特征在于，该模块包括波导裂缝阵列单元、M个微带移相电路和N个相加网络，N为偶数，其中波导裂缝阵列单元的每一行用于接收卫星信号，并将每一行接收的卫星信号发送到微带移相电路；微带移相电路将卫星信号分为N路卫星信号，并控制每路卫星信号的相位，使得每个微带移相电路分出的第n路卫星信号与其它(M-1)个微带移相电路中的每一个微带移相电路所分出的第n路卫星信号同相，其中n＝(1，2......N)，M个微带移相电路中同相的第n路卫星信号都发送到同一个相加网络；相加网络用于对同相的卫星信号进行相加，以形成每个相加网络的输出波束，并且N个相加网络的输出波束形成固定多波束。
2.根据权利要求1所述的相扫固定多波束模块，其特征在于，该模块进一步包括M个用于放大信号的LNA和M个用于补偿传输延迟的微调移相器，LNA与微带移相电路和微调移相器一一对应，所述波导裂缝阵列单元的每一行接收的卫星信号发送到微带移相电路为波导裂缝阵列单元的每一行接收的卫星信号发送到LNA，LNA将波导裂缝阵列单元的与该LNA相对应的行所传送过来的卫星信号进行放大，并将放大后的卫星信号输入到与该LNA对应的微调移相器，微调移相器补偿该卫星信号从波导裂缝阵列单元传输到与该微调移相器对应的LNA的传输延迟，并将补偿后的卫星信号发送到与该微调移相器相对应的微带移相电路。
3.根据权利要求1所述的相扫固定多波束模块，其特征在于，该模块进一步包括电子开关，所述N个相加网络的输出波束形成固定多波束为电子开关控制输出所述N个相加网络输出的卫星信号，以形成固定多波束。
4.根据权利要求1所述的相扫固定多波束模块，其特征在于，所述的N为2。
5.根据权利要求4所述的相扫固定多波束模块，其特征在于，所述固定多波束的宽度为14度。
6.根据权利要求1所述的相扫固定多波束模块，其特征在于，所述的N为4或6或8或10。
专利摘要本实用新型公开了一种相扫固定多波束模块，包括波导裂缝阵列单元、微带移相电路和相加网络。波导裂缝阵列单元用于接收卫星信号；微带移相电路用于形成固定多波束，完成相位控制、降低旁瓣，并将多波束的卫星信号发送到相加网络；相加网络用于对多波束卫星信号相加，以形成宽波束，从而增加俯仰面的覆盖范围。应用本实用新型后，相对于非固定的相扫多波束模块，可显著地降低卫星接收天线的成本。
文档编号H01Q21/00GK2729931SQ200420089209
公开日2005年9月28日 申请日期2004年8月27日 优先权日2004年8月27日
发明者卢维炎, 刘冬天, 周颂时, 唐国梅 申请人:北京华夏宇通通信技术有限责任公司