一种车载球形相控阵天线的制作方法

1.本实用新型涉及卫星信号天线技术领域，尤其涉及一种车载球形相控阵天线。


背景技术：

2.目前，现有卫星信号接收天线的构型大部分采用抛物面天线，抛物面天线只能形成单一波束，每次只能跟踪接收1颗卫星，而且跟踪转动时需要伺服机构；还有一部分采用平面相控阵天线，平面相控阵天线的接收空域范围较小，而且当波束偏离法线越远，波束增益越低、波束宽度越大，即其覆盖空域范围和波束一致性较差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种车载球形相控阵天线，能够解决现有车载卫星接收天线构型存在的覆盖空域小、同时接收卫星数量少、波束一致性差等问题。
4.本实用新型采用的技术方案为：
5.一种球形相控阵天线，包括多块天线阵元和用于多块支撑天线阵元的金属支撑结构，所述的多块天线阵元由上到下分层设置，总层数为n层；最上层记为第1层为一块天线阵元水平设置，其余每层中的天线阵元均圆周设置；其中一个中间层记第j层，最下层记为第n层；
6.其中，第j层到第n层之间每一侧均为m块天线阵元，且每层的m块天线阵元与第一层的天线阵元所在面垂直设置，且每层m块天线阵元圆周设置，且每层的圆心即为第一层天线阵元在所在层的正投影位置，第j层到第n层构成圆柱形结构，用于对低仰角卫星的信号接收；
7.第j-1层到第1层的天线阵元的垂直方向的倾角依次均匀增加，第j-1层到第1层构成半球形结构，用于对高仰角卫星的信号接收。
8.所述相邻两层天线阵元之间的间距相同，每一层中天线阵元之间水平间距相同。
9.所述圆柱形结构的高度与半球形结构的高度相同。
10.所述的n为17，j为7，m为36。
11.所述第j层到第n层的高度为700-900mm。
12.所述第n层天线阵元构成的圆直径为2000-2400mm。
13.所述的天线阵元通过螺栓固定在金属支撑结构上。
14.所述的天线阵元和内部金属支撑结构外部安装天线罩，天线罩选用玻璃钢材质，用于为提供保护。
15.本实用新型通过上半部采用半球型布局，主要负责对高仰角卫星的接收，高度为整体高度的1/3~1/2；下半部采用柱形布局，主要负责对低仰角卫星的接收，可提高低仰角时的波束增益，高度为整体高度的1/2~2/3；从而可以覆盖全空域，能够对方位角0~360
°
，俯仰角0~90
°
全空域卫星信号进行跟踪接收。其次，在跟踪过程中能够保持恒定的增益，性能最优；最后，作为接收天线形成波束时不存在子阵切换，阵元是逐个滑动的，波束输出信号
的相位是连续的，保证了接收信号的准确性和可靠性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型的截面图；
18.图2为本实用新型天线阵元的结构位置示意图；
19.图3为本实用新型所述金属支撑结构的示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1和2所示，本实用新型包括多块天线阵元1和用于支撑天线阵元1的金属支撑结构，图中为了清楚的表示天线阵元的排列位置关系，所以并未显示金属支撑结构，而且金属支撑结构与天线阵元的连接关系都是适配的关系，均为现有技术，也不是发明点，所以二者未在图中同时显示。所述的多块天线阵1元由上到下分层设置，总层数为n层；最上层记为第1层为一块天线阵元水平设置，其余每层中的天线阵元均圆周设置；其中一个中间层记第j层，最下层记为第n层；
22.其中，第j层到第1层之间每一侧均为m块天线阵元，且每层的m块天线阵元与第n层的天线阵元所在面垂直设置，且每层m块天线阵元圆周设置，且每层的圆心即为第n层天线阵元在所在层的正投影位置，第j层到第1层构成圆柱形结构，用于对低仰角卫星的信号接收；
23.第j-1层到第1层的天线阵元的垂直方向的倾角依次均匀增加，第j-1层到第1层构成半球形结构，用于对高仰角卫星的信号接收。
24.所述相邻两层天线阵元之间的间距相同，每一层中天线阵元之间水平间距相同。
25.所述圆柱形结构的高度与半球形结构的高度相同，这样是考虑到车体限高和限宽限制优化后的构型，可以同时兼顾接收覆盖空域和低仰角的增益，使得全空域的波束一致性好。
26.实际使用时，可以以具体的实例进行举例说明，如所述的n为17，j为7，m为36。
27.所述第j层到第n层的高度为700mm-900mm；考虑到车辆限高的因素，当天线处于收藏状态时不能使车辆超高。
28.所述第n层天线阵元构成的圆直径为2000mm-2400mm，这是考虑到车辆宽度的限制。过大影响车载安装和行车安全，过小会造成天线增益下降。
29.所述的天线阵元通过螺栓固定在金属支撑结构上，所述的金属支撑结构如图3所示，实际使用时能够起到支撑作用即可，具体的结构和构成在此不再赘述。
30.天线罩底部通过多个螺栓固定在底座上，天线罩选用玻璃钢材质，用于为天线阵元和内部结构提供保护。采用玻璃材质的即不影响信号的传递，而且整体美观好看。
31.本技术中的相控阵天线阵元布设采用“半球+柱”的构型，从下至上共分为1~17层，第1~10层每层36块天线阵元，第11层32块天线阵元，第12层24块天线阵元，第13层20块天线阵元，第14层16块天线阵元，第15层10块天线阵元，第16层4块天线阵元，第17层1块天线阵元，共计467块天线阵元，如下图所示。整个球形相控阵天线直径约为2200mm，高度约为1600mm。
32.本实用新型通过上半部采用半球型布局，主要负责对高仰角卫星的接收，高度为整体高度的1/3~1/2；下半部采用柱形布局，主要负责对低仰角卫星的接收，可提高低仰角时的波束增益，高度为整体高度的1/2~2/3；从而可以覆盖全空域，能够对方位角0~360
°
，俯仰角0~90
°
全空域卫星信号进行跟踪接收。其次，在跟踪过程中能够保持恒定的增益，性能最优；最后，作为接收天线形成波束时不存在子阵切换，阵元是逐个滑动的，波束输出信号的相位是连续的，保证了接收信号的准确性和可靠性。
33.与传统相控阵天线构型相比，本发明的相控阵构型解决了现有技术在空域覆盖、各向波束一致性、接收信号连续性等方面的不足。具体如下表1所述。
34.与传统相控阵天线构型相比，本发明的相控阵构型解决了现有技术在空域覆盖、各向波束一致性、接收信号连续性等方面的不足。具体如下表1所述。
35.表1有益效果对比表
[0036][0037]
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语
“ꢀ
中心”，
“ꢀ
横向”、
“ꢀ
纵
[0038]
向”、
“ꢀ
长度”、
“ꢀ
宽度”、
“ꢀ
厚度”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、 竖直”、
“ꢀ
水平”、
“ꢀ
顶”、
“ꢀ
底”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”、
“ꢀ
顺时针”、
“ꢀ
逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
[0039]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语
“ꢀ
包括”和
“ꢀ
具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0040]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可
以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。