CN1018686B - 一种在发射中能用电子手段重新组合的天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能在发射中电子地重新组合的天线。该天线包括一个基本源阵列(11)，其特征在于还包括一个聚能反射器(10)，阵列(11)位于该反射器的焦点区域，还包括控制和馈能电路，该电路包括一个由放大器(24)相成的放大级(22)以及至少一个位于放大器输入端的整体耦合器，各自与被发射波束相对应的波束形成电路(20，21)，该电路输入的信号的幅度和相位由各自的可调移动器和可调衰减器所控制。本发明特别适用于卫星通信。

Description

本发明涉及一种在发射中能用电子手段重新组合的天线，

柏森公司（Masson）于1982年出版一本题为“空间电讯（Telecommanications    Spatiales）”的电讯科技书中，具体地说是该书的第一册中第92至94页和第259至261页中，首先提出了由一个公共发射机通过插入的功率分配器和移相器同时馈能的许多天线的分组，分组后的天线的特性既取决于每个天线的辐射方向图也取决于功率的幅度和相位在天线之间的分布方式。这个特性可用来得到利用单个辐射源得不到的辐射方向图。此外，如果功率分配器和移相器的特性可以由电子装置所改变，那么，辐射方向图就可以准瞬时地进行变化。对辐射源进行分组的最简单的方法是构成一个辐射源阵，阵中所有的辐射源都是相同的，只是在传送上互相之间有一定偏差。上述的阵列可以是（具体说来）直线型的或是平面型的。

上述的文件中还描述了具有用于产生多个波束的反射器的天线的应用，采用反射器后能减少天线重量，并可采用可散开结构提供一个较大的辐射幅度。一般来说，希望产生多束窄波时都采用上述类型的天线。反射器辐射系统通常相对于反射器的中心有一定的偏置，以防止遮盖住任何辐射区域。如有辐盖区域被遮盖，则第二波瓣会上升，在这种使用场合这种现象必须不惜代价避免掉。主反射器可以是（举 个例子来说）抛物面。多波束可以这样得到：即在焦点附近放置一系列辐射源，其中每个辐射源对应于一个波束。

由于辐射源不可能正处于焦点上，因此，照射在几何尺寸上不是完美的，多多少少会使辐射性能下降的相位偏差也会产生。实验中观察到下列现象：辐射方向图已变形，其增益相对于在焦点处得到的增益而言有损耗，寄生的第二波瓣上升。曲率越大，离焦点的距离越大，产生的恶化程度也越大。结果，反射器必须做得尽可能“平坦”，即焦距与孔径直径之比要很大。但这将使结构的尺寸变大，引起精确度和机械强度等方面的问题。此外，各个辐射源之间还可能发生互相寄生耦合，从而使第二旁瓣上升。

由于不能使用极性变化（由于1.6GHz（L波段）中的多路问题），那么，唯一的解决方案是效率复用（特别是由于可供卫星通讯用户使用的带宽相当有限）。这一系统的可行性也就取决于使用频率复用天线的可能性。从系统的观点看，另一个要求是天线应该因要求服务的地区的改变而发生变化。这就意味着所用的天线必须具有可重新组合的覆盖范围。

本发明的目的即是为了满足上述要求。

为实现这一目的，本发明提供了一种发射中可电子地重新组合的天线，该天线包括一个由基本源组成的阵列，馈能和控制电路，聚能反射器，上述阵列位于上述反射器的聚焦区域，上述的馈能和控制电路包括：

·合成m束波束的m个波束形成电路，

·一个通过组合器组合而成的放大级，该放大级接收上述这些波束形成电路的输出，上述的放大级包括许多并联连接并带有一个通常 的耦合器，以及

·一个在放大级的输出和阵列中的辐射元件之间实现互连的开关电路。

上面提出的方案属于电子扫描型的，是由位于反射区的焦点区域、产生电磁波的一个阵列来完成的。

上述装置除了结构紧凑、温升监测方便这二个优点外，对信号的幅度和相位的调整也相当简单。这就使得以下几点成为可能：

·改变波束方向（为了重新组合）和补偿由反射器相对源的位置偏差引差的误差，

·获得具有小旁瓣的天线方向图（频率重用），并能改变阵列的形状。

本发明的特征和优点将在下面参照附图并借助并限制性实例对本发明进行的描述中变得更清楚。附图中，

图1.图示出了本发明的扫描型天线。

图2.表示了本发明的天线的工作情况。

图3和图4.示出了本发明的天线的控制电路的一个实施例。

图1所示的本发明的天线包括一个抛物面状的反射器，向它偏心地馈能的是位于反射器F附近的辐射源的平面阵列11。阵列12表示对应于阵列11的虚辐射源阵列。

图2示出了一例沿源阵列11的OX和OY的各种不同的幅度分布。

图2中所示的圆圈的直径表示各个阵源所接收到的信号的强度。

当检测器具有固有的分布规律时，检测各种能量分布的检测器的效率就不可能是最佳的。这也同样适用于相位分布。

理论上说，如果一个辐射源放置的位置与反射器的焦点有偏差，天线的辐射输出就会下降。

在本发明的天线中，每个基本源的幅度和相位均能调整，这就能使每个基本源都产生最佳的辐射，就象位于反射器的焦点F上一样。

这样也就能设计出一种其增益不取决于瞄准方向并能保持反射器10和基本源阵列11固定的天线。

要迭加不同相位不同幅度的波束而不产生损耗是相当困难的。

如果在放大以前进行迭加以得到要产生的波束，各放大器的负载就不同。结果，将不再能得到线性放大（因输入信号的动态范围太大）和恒定的增益（也因输入信号的动态范围太大）。

其结果使得电子传输系统必须做成超尺寸的，这将会消耗大量功率。

下面的描述只涉及F1和F2两个波束，但很显然，本发明同样适用于n个波束。

为使放大器均匀加载，不管波束F1和F2的位置如何，本发明都将使用至少一个整体耦合器以尽可能接近最佳工作条件，这样每个放大器都将提供最佳效率，就象工作在其最佳工作点上。

本发明能根据功率消耗使有效负载达到最佳。

图1所示的结构中包括一个反射器的一个阵列。该阵列能产生在一个很宽的传输范围内的任何方向上具有准恒定的增益的波束。这一天线的馈能和控制电路如图3所示。

在这个结构中，二个波束形成电路20和21产生二个波束。

在这种情况下，每个电路20和21都有16个输出，离开这些电路的信号的相对幅度和相位由电路20和21中的每一个所包括的 16个可调移相器和16个可调衰减器加予控制。

这些电路的2×16个输入成对连接成16个通过16个组合器（未画出）送入放大级22的输入。

在放大器22中，加在它的（比方说）第1个输入端上的信号将以放大后的形式重新出现在它的第1个输出端上。

图4中的电路图详细示出了放大级22。

每个功率放大器24都在各自的输入端上收到一个来自各个波束的信号，这些信号的电平基本上是相同的。

在本发明中，使用一个与放大器24的输出端相连整体耦合器26也是可能的。

然而，最好还是放大器24的两侧以下面的方式插入由单个的混合耦合器27构成的第一和第二整体耦合器25和26，即第一耦合器的每个输入散布至每一个放大器，亦即散布至每一通用耦合器25的混合耦合器27的所有输出。

这将使所有放大器24的输入具有准均匀负载分布。这些信号然后由其结构与第一耦合器正好相反的第二耦合器加以重新组织，从而重新形成对应于每个波束（在这种情况下是二个波束）的电平。

本实施例使放大级的工作达到最佳状态。

来自波束F1和F2的每个波束的分量被以这样的方式送入每个放大器，即只要只传输信息量保持不变，则传输中的变化将不对加至任何放大器的输入信号有任何影响。

如图3所示，开关电路30（用于重新组合目的）把放大级22的16个输出通过滤波器32送至n个阵列辐射元件31中。

为了实现波束的重新组合，送入辐射元件中的幅度和相位特性应 该有所改动，辐射元件的位置亦应变动。

幅度和相位特性是通过波束形成电路中的20和21中所含的可变衰减器和可变移相器来调整的，辐射元件的位置由开关电路30选定。

在一个变型实施例中，图中未示出的可变移相器分别插入在波束形成电路20和21的输出端处及第二整体耦合器26的输出端处。

很自然，本发明仅仅是用一个最佳实施例来描述的，不必离开本发明范围就可以对其元部件用等效的元部件来更换。

Claims (3)

1、一种在传输时可用电子手段重新组合的天线，包括许多信号源，馈电及控制电路和一个聚能反射器(10)，其特征在于：上述的许多信号源在上述反射器的焦点区域形成一个阵列(11)，上述的馈能和控制电路包括：

·生成m个波束的m个波束形成电路(20，21)，这些电路(20，21)中包括许多组用于控制输出信号的相对幅度和相位的可变移相器和可调衰减器，

·一个通过组合器与上述的波束形成电路的输出端相连的放大级(22)，该放大级(22)包括并行相连的多个放大器(24)，后接一个由一组混合耦合器形成的整体耦合器(26)，

·一个在上述放大器(22)的输出端与上述阵列的辐射元件(31)之间实现互连的开关电路(30)，这样，为了使m个波束进行重新组合，通过上述的波束形成电路(20，21)中的可调衰减器的可变移相器改变加到这些辐射元件上的幅度和相位特性，由开关电路(30)选定的辐射元件的位置也应该变动。

2、一种根据权利要求1的天线，其特征在于：上述的放大级包括插在放大器（24）两侧的第一和第二整体耦合器（25，26），第二整体耦合器（26）的结构与第一整体耦合器（25）的结构正好相反。

3、一种根据权利要求1的天线，其特征在于：在放大器（22）的输出端和阵列的辐射元件（31）之间都插有滤波器（32）。

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