[发明专利]一种宽角扫描透镜终端天线及其扫描方式

说明书

本发明涉及透镜天线领域，公开了一种宽角扫描透镜终端天线，包括由若干结构相同的阵元组成的总阵列，所述阵元自上而下包括一一对应的透镜和相控馈源阵列，所述相控馈源阵列由2N个子阵组成，每个所述子阵由N*N个天线单元组成，N∈[2，+∞]。本发明还公开了一种宽角扫描透镜终端天线的扫描方式。本发明通过基于相控馈源的平凸透镜天线结构实现了终端天线的高增益和大角度扫描性能，与传统的相控阵天线和传统透镜天线相比，本发明扫描具有灵活性高、增益高、扫描角度大等效果。

技术领域

本发明涉及透镜天线领域，具体涉及一种宽角扫描透镜终端天线及其扫描方式。

背景技术

具有跟踪能力的终端天线是卫星通信系统的关键组成部件之一，要实现天线对卫星具有较好的自动跟踪能力，对终端天线的宽角扫描能力提出了要求。相控阵天线安装在海陆空的移动终端上，是目前完成对卫星的跟踪和通信的常用终端系统设计。采用传统的具有扫描能力的相控阵技术，可以通过控制每一个单元通道的相位信息，进而实现宽角扫描功能。但考虑高增益设计时，会使得天线阵列中的单元数量增加，其对应的馈电网络也会变得复杂而庞大，更为重要的是，此时馈电网络的插入损耗也会随着增加，这样反而会降低天线的增益。若单使用点源馈电的透镜结构实现高增益，则会降低终端天线系统的扫描灵活性和扫描能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有高增益天线阵列的体积大、通道数多导致的成本问题，以及现有的单馈源透镜天线阵列不能进行快速波束扫描的问题，提出了一款新型的基于加载相控馈源的宽角扫描透镜终端天线，该透镜天线将透镜单元与传统的相控阵有效融合在一起，通过改变相控馈源的相位，可实现透镜的扫描功能，不仅能有效提高天线的增益，还能实现透镜天线的宽角扫描。

本发明通过下述技术方案实现：

一种宽角扫描透镜终端天线，包括由若干结构相同的阵元组成的总阵列，所述阵元自上而下包括一一对应的透镜和相控馈源阵列，所述相控馈源阵列由2N个子阵组成，每个所述子阵由N*N个天线单元组成，N∈[2，+∞]。

作为优化，所述透镜为平凸透镜，且所述透镜的凸面朝向所述相控馈源，所述透镜的平面朝外辐射。

作为优化，所述天线单元包依次连接的顶层、中间层和底层，所述顶层为带有对切角的第一方形切角片；所述中间层为带有对切角的第二方形切角片，且所述第二方形切角片上设有缝隙，所述底层为接地板，且所述第一方形切角片和第二方形切角片的对切角在同一方向上。

作为优化，同一所述子阵中的所述天线单元沿顺时针方向依次旋转90°。

作为优化，通过稀疏布阵的原则选取若干个所述阵元作为哑元。

本发明还公开了一种宽角扫描透镜终端天线的扫描方式，包括如下步骤：

S1、给予每个所述相控馈源阵列中每一个所述天线单元等幅馈电，且所述每个子阵中的所述天线单元相位依次相差90°，所述每个子阵的相位设置相同，得到所述总阵列的法向方向图；

S2、通过所述总阵列的法向方向图结合基于差分进化算法的可重构透镜天线阵列栅瓣抑制技术进行阵列综合分析，得到扫描目标扫描位置时的每个透镜单元(阵元)的相位信息ψ_i；

S3、根据透镜单元(阵元)的相位信息ψ_i和相控馈源阵列的相位中心的关系得到每一个相控馈源阵列的辐射特性，从而得到每一个相控馈源阵列中天线单元的相位

S4、根据得到的天线单元的相位进行设置天线单元的馈电相位。

作为优化，步骤S2为根据透镜单元(阵元)的相位信息ψ_i基于差分进化算法计算出每个透镜单元(阵元)的最优决策变量X_best，G来抑制栅瓣。