一种球面相控阵系统的远场标校天线的布局方法

技术领域

本发明属于相控阵天线技术领域，尤其涉及一种球面相控阵系统的远场标校天线的布局方法。

背景技术

由于具有多波束、多目标的工作方式以及全空域覆盖的技术优势，近年来，多波束球面相控阵天线(以下简称为球面相控阵天线)在航空、航天等领域得到越来越多的应用，成为一个热点的天线研究方向。

球面相控阵天线的一个技术特点是其工作时需要保证各个天线阵元通道的相位的一致性。在工程实践中通常采用在球面相控阵天线四周架设标校天线的方式，并利用各个天线阵元对标校天线进行通道相位校正的方案来解决该问题。对球面相控阵天线系统来说，标校天线的架设必须满足球面阵天线各个方向面上的天线阵元都可进行通道校正，同时还要考虑到标校天线本身对球面阵天线的遮挡以及标校系统的复杂程度，在满足系统要求的情况下尽量减少标校天线的数量，这就要求我们根据系统需要对标校天线的布局要做精心的设计。

在球面相控阵天线的实现中有多种架设标校天线的布局方法可供选择，标校天线的不同的布局会对天线系统的性能带来不同的影响，如果标校天线的布局设计不当可能出现球面相控阵天线性能下降的问题，甚至出现天线系统性能达不到设计指标的严重情况。因此标校天线的布局的设计成为球面相控阵天线系统设计的一个关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种球面相控阵系统的远场标校天线的布局方法,该标校天线布局方法通过在球面相控阵周围选定的位置安装3个标校塔，并在每个标校塔上的设定的位置安装两个标校天线，在球面相控阵天线的球顶位置安装一个顶部标校天线，整个标校系统共计使用7个标校天线，并用通过这7个标校天线完成对整个球面相控阵天线的天线阵元通道的相位标校，能配合系统满足球面相控阵天线的性能设计指标。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种球面相控阵系统的远场标校天线的布局方法，所述方法包括：

以球面相控阵天线的中心点，布置3个到所述中心点距离相等的远场标校塔，任意两个标校塔与所述中心点连线构成的夹角为120度，3个标校塔上的标校天线对球面相控阵天线的阵面，在水平上的覆盖区域的夹角也为120度；

在每个标校塔上设置两个远场标校天线，分别为第一标校天线和第二标校天线，在球面相控阵天线的天线罩上正对多波束球面相控阵的顶部，安装一个球顶标校天线。

进一步的，所述第一标校天线在俯仰上覆盖球面上俯仰角在0度～30度的区域，所述第二标校天线在俯仰上覆盖球面上俯仰角在30度～65度的区域，所述球顶标校天线对球面相控阵天线的阵面的覆盖范围为球面阵顶部仰角在65度～90度的区域。

进一步的，所述3个标校塔到所述中心点距离计算方式为：

L＝R×cot(θ0)

其中，L为标校塔到中心点距离，R为球面相控阵天线的设计半径，θ0为标校天线的水平偏转角。

进一步的，所述θ0取值在5度～15度之间。

进一步的，所述第一标校天线距离地面的高度为

H

其中，H0为球面相控阵天线设计的球心距离地面的高度，H1＝L×tan(θ2)，L为标校塔到中心点的距离，θ1为第一标校天线的俯仰角。

进一步的，所述θ1取值为10度～15度。

进一步的，所述第二标校天线距离地面的高度为

H

其中，H0为球面相控阵天线设计的球心距离地面的高度，

H2＝L×tan(θ2)，L为标校塔到中心点的距离，θ2为第二标校天线的俯仰角

进一步的，所述θ2取值为30度～45度。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过安装在3个标校塔上的6个远场标校天线以及安装在球面相控阵球顶部的1个顶部标校共7个标校天线，能够共同完成对整个球面相控阵天线的天线阵元通道的相位标校。该布局设计降低了标校天线对球面相控阵天线的标校系统的遮挡，提高了球面相控阵天线系统的性能，解决了球面相控阵天线系统应用中的一个关键问题。

(2)本发明实现简单、资源占用较少，降低系统设计成本。利用本发明不需要复杂电路，实现方法比较简单。本发明通过在球面阵四周安装7个标校天线，最小化降低了标校系统设计的复杂性，并且系统通过软件算法实现对整个球面的相位标校功能，便于自动化运行，降低了系统设计成本。

(3)本发明设计流程简单，对球面相控阵系统设计提出具体的量化指标，并给出影响量化指标的具体因素，便于在球面相控阵天线设计时按具体情况进行优化取舍。

附图说明

图1是本发明实施例球面相控阵天线的三个标校塔布局的示意图；

图2是本发明实施例球面相控阵天线的标校塔与球面阵天线中心距离的计算方法的示意图；

图3是本发明实施例远场标校塔上的两个标校天线布局示意图；

图4是本发明实施例远场标校塔上的两个标校天线对应于球面相控阵天线标校区域的示意图；

图5是本发明实施例球面相控阵天线的顶部标校天线的布局及覆盖的标校区域的示意图；

图6是本发明实施例球面相控阵天线的顶部标校天线的覆盖的标校区域的俯视图；

图7是本发明实施例球面相控阵天线的阵面对应于标校天线的标校区域划分的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在球面相控阵天线的实现中有多种架设标校天线的布局方法可供选择，标校天线的不同的布局会对天线系统的性能带来不同的影响，如果标校天线的布局设计不当可能出现球面相控阵天线性能下降的问题，甚至出现天线系统性能达不到设计指标的严重情况。因此标校天线的布局的设计成为球面相控阵天线系统设计的一个关键技术问题。

为了解决上述技术问题，提出了本发明一种球面相控阵系统的远场标校天线的布局方法的下述各个实施例。

实施例1

参照图1，如图1所示是本实施例球面相控阵天线的三个标校塔布局的示意图。球面相控阵天线的中心点为O，在球面相控阵天线四周，按对称方式布置三个远场标校塔A、B和C。三个远场标校塔A、B和C到球心O的距离相等，且其与球心的夹角∠AOB、∠B0C和∠C0A都为120度。标校塔A、B和C上的标校天线对球面相控阵天线的阵面，在水平上的覆盖区域的夹角∠FOD、∠D0E和∠E0F同样为120度。

参照图2，如图2所示是本实施例球面相控阵天线的标校塔与球面阵天线中心距离的计算方法的示意图。三个远场标校塔A、B和C到球心O的距离L按照如下公式计算：

L＝R×cot(θ0)

其中：R为球面相控阵天线的设计半径；

θ0为标校天线的水平偏转角，其取值根据系统设计需要在5度～15度之间选取。

以设计的球面相控阵天线的半径为R＝3米，选取θ1＝10度为例，则根据上式可计算得到三个远场标校塔A、B和C与球心O的距离L＝17.014米。

参照图3，如图3所示是本实施例远场标校塔上的两个标校天线布局示意图。三个远场标校塔A、B和C，每个标校塔上设置两个远场标校天线：远场标校塔A上的远场标校天线A_1和远场标校天线A_2；远场标校塔B上的远场标校天线B_1和远场标校天线B_2；远场标校塔C上的远场标校天线C_1和远场标校天线C_2，共6个远场标校天线。

其中远场标校天线1距离地面的高度为：

H

其中：H0为球面相控阵天线设计的球心距离地面的高度；

H1＝L×tan(θ2)这里L为远场标校塔到球心的距离，θ1为远场标校天线1的俯仰角，其取值根据系统设计需要，在10度～15度之间选取。

其中远场标校天线2距离地面的高度为：

H

其中：H0为球面相控阵天线设计的球心距离地面的高度；

H2＝L×tan(θ2)这里L为远场标校塔到球心的距离，θ2为远场标校天线2的俯仰角，其取值根据系统设计需要，在30度～45度之间选取。

根据前述设计的球面相控阵天线的半径为R＝3米，选取θ1＝10度，计算得到三个远场标校塔到球心的距离L＝17.014米。若该设计的球面阵的球心距离地面距离H0＝5米；选择θ1＝10度，θ2＝35度，根据上述公式可计算得到：远场标校天线1距离地面的高度H

参照图4，如图4所示是本实施例远场标校塔上的两个标校天线对应于球面相控阵天线标校区域的示意图。三个远场标校塔A、B和C，每个远场标校塔上的两个远场标校天线1和2，对球面相控阵天线阵面，在俯仰上的覆盖范围为：远场标校天线1在俯仰上覆盖球面阵天线阵面上俯仰角在0度～30度的区域；远场标校天线2在俯仰上覆盖球面阵天线阵面上俯仰角在30度～65度的区域。

参照图5和图6，如图5所示是本实施例球面相控阵天线的顶部标校天线的布局及覆盖的标校区域的示意图。如图6所示是本实施例球面相控阵天线的顶部标校天线的覆盖的标校区域的俯视图。在球面相控阵天线的天线罩上正对多波束球面相控阵的顶部，安装一个球顶标校天线。该球顶标校天线对球面相控阵天线的阵面的覆盖范围为球面阵顶部仰角在65度～90度的区域。

参照图7，如图7所示是本实施例球面相控阵天线的阵面对应于标校天线的标校区域划分的示意图。按照如上的设计，对多波束球面相控阵天线系统共设置三远场标校塔，每个标校塔上各有两个远场标校天线；在球面相控阵天线天线罩上，正对球面阵顶部的位置设置一个顶部标校天线。系统总共设置7个标校天线，并将整个球面相控阵天线的阵面划分成7个对应的标校区域。其中顶部标校天线对应于球面相控阵天线的顶部标校区域；远场标校塔A上的远场标校天线A_1对应于标校区域A_1，远场标校天线A_2对应于标校区域A_2；远场标校塔B上的远场标校天线B_1对应于标校区域B_1，远场标校天线B_2对应于标校区域B_2；远场标校塔C上的远场标校天线C_1对应于标校区域C_1，远场标校天线C_2对应于标校区域C_2。7个标校天线配合系统共同完成对整个球面相控阵天线的天线阵元通道相位标校工作。

本实施例可按照所设计的球面相控阵天线的大小，确定安装位置设计各个标校天线。并在球面相控阵天线的阵面上，按照各个对应的标校天线划分对应的标校区域，各个标校区域上的天线阵元对各自的标校天线完成通道相位标校。该方法简单可靠、耗费硬件资源，可有效降标校天线对球面阵天线的遮挡并满足全阵面的天线阵元的通道相位标校需求。利用该方法可在工程实践中设计出满足工程需求的球面相控阵天线系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。