[发明专利]相控阵列天线

说明书

根据本发明的相控阵列天线包含至少四个经由一个馈送网络(12)连接的相控天线元件(1)。天线元件分别包括波导辐射器(2)，其具有：信号耦出和耦入部(8)；相位控制元件(3)，其可旋转地安装在波导辐射器中；支撑件(4)；以及至少两个偏振器(5)，其中至少两个偏振器分别能够将圆形偏振信号转换为线性偏振信号。此外，天线元件具有连接元件(6)和安装在支架(9)上的驱动单元(7)，该驱动单元经由连接元件与相位控制单元连接，使得驱动单元能够使得相位控制元件绕着波导辐射器的轴(11)旋转。阵列天线还包括运算单元(13)，其经由控制线路(10)与相控天线元件的一个或多个驱动单元连接，并且调节各个相位控制元件的旋转。

技术领域

本发明涉及一种相控阵列天线，特别用于GHz频率范围并且用于诸如机动车辆、飞机或轮船这样的移动载体的应用。

背景技术

在移动应用中，阵列天线的相位控制具有如下功能：使得在移动载体的空间运动期间，阵列天线的主射束总是最优地指向目标。其中，在很多情况下，还必须可靠地维持载体快速运动时与目标天线的永久的定向无线电连接。

然而，借助相位控制，还能够利用静态的或移动的阵列天线跟踪运动的目标，如雷达应用的情况一样。

已知借助各种可控相位控制元件(“移相器”)能够空间地改变静止的天线组的天线图并且因此主射束能够在不同方向上摆动。

由此，相位控制元件改变由阵列天线的不同的单个天线所接收或发送的信号的相对相位。如果通过相位控制元件相应地调整单个天线的信号的相对相位，则阵列天线的天线方向图的主瓣(“主射束”)指向期望的方向。

当前已知的相位控制元件主要包括非线状实体(“固态移相器”)，主要为铁氧体、微开关(MEMS技术，二进制开关)或液晶(“liquid cristals”)。然而，这些技术都具有如下缺点，即它们都经常导致严重的信号损失，因为高频功率的部分在相位控制元件中被耗散。特别是在GHz范围的应用中，阵列天线的天线效率由此急剧下降。

特别是对于要在移动载体上使用的阵列天线，这导致了一个严重的问题，因为在这些应用下由于有限的可用空间，所以需要具有尽可能高的效率的天线。天线必须尽可能地小且轻，然而使用已知的相位控制这是不能实现的。

此外，传统的相位控制元件必须总是容纳在阵列天线的馈送网络中，这使得这样的阵列天线通常非常沉重或者使其厚度很大。

相比之下，特别是对于在诸如飞机和火车这样的快速移动载体上的应用，期望小且轻的具有小的轮廓的天线系统。

此外，使用传统的相位控制元件的相控阵列天线非常昂贵。特别是对于10GHz以上的民用应用，这阻碍了应用。

另一个问题是对阵列天线的天线图的精确控制的要求。如果阵列天线用于与卫星的无线电中继应用，则对天线图的调整一致性具有严格要求。在发送模式中，对于每个主射束方向，调整掩膜的图都必须遵从。这只能通过使阵列天线的每个单个的天线元件的幅度和相位在各个时间点均为已知来可靠地确保。

然而，当前已知的用于相位控制元件的技术均无法在相位控制元件之后实现可靠的瞬时的，即，即时的、无需额外计算即可的信号的相位的确定。因此，需要随时能够可靠地确定相位控制元件的状态。然而，这实际上对于固态移相器和MEMS移相器或者液晶移相器都是不可行的。

从DE3741501C1已知一种用于天线的馈送系统，其能够传输不同的极化波。该馈送系统使用固定的90°的移相器和移动的180°的移相器，从而能够互相调整两个波的相位。从US6822615B2已知一种天线场，其在天线场的第一部分与第二部分之间具有移相器。最后，DE102010014916B4公开了具有馈送网络的阵列天线，其形成了各个辐射器的相干组(Gruppen)。

发明内容