本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信，具體是一種多波束天線及多波束形成方法。

背景技術：

1、在衛(wèi)星通信系統中，低軌衛(wèi)星系統相對其他軌道的衛(wèi)星系統來說，具有傳播時延短、路徑損耗低、便于用戶終端小型化等特點。對于中高軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星覆蓋地球張角小，星下點到覆蓋區(qū)域邊緣的路徑損耗差異相對很小，幾乎可以忽略。然而，對于低軌衛(wèi)星而言，衛(wèi)星覆蓋地球張角大，不同張角引起到星地的傳播路徑不同，傳播損耗也不同，“遠近效應”和“邊緣效應”非常明顯，由此造成的差異是不能忽略的，必須采取辦法克服。

2、低軌衛(wèi)星載荷天線是衛(wèi)星有效載荷的重要組成部分，對整個衛(wèi)星通信系統的性能有著極其重要的影響。低軌衛(wèi)星載荷多波束天線可以產生多個高增益波束，覆蓋星下點更寬的區(qū)域并提高傳輸速率，同時還可以通過頻率復用成倍的提高通信容量，使得寶貴的頻譜資源得以有效利用。目前，低軌衛(wèi)星載荷多波束天線主要有模擬相控陣天線、數字相控陣天線、多天線等實現方案。

3、為了實現低軌衛(wèi)星星下點寬域高增益波束覆蓋，通常需要較多的波數數量。模擬相控陣天線方案需要復雜的波束形成網絡才能實現較多波束，天線實現難度高且尺寸大。數字相控陣天線能夠較容易的實現多波束，但存在功耗大、成本高的問題。并且，模擬相控陣天線和數字相控陣天線一般星下點增益最高，覆蓋邊緣區(qū)域由于掃描角度增大而增益降低，這與低軌衛(wèi)星覆蓋區(qū)域的等通量需求背道而馳。用多個天線分別形成多波束的方案實現較為簡單，但會占用較大的星載平臺尺寸空間，并且由于單個天線孔徑小而增益較低。

技術實現思路

1、為克服現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種多波束天線及多波束形成方法，解決現有技術存在的難以在尺寸空間小、裝置簡單的條件下形成多波束等問題。

2、本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案是：

3、一種多波束天線，包括安裝體、頂面天線、天線子陣、放大器a、放大器b、功分器、合路器，天線子陣、放大器a、放大器b、功分器、合路器的數量均為m個，頂面天線設于安裝體的頂面，天線子陣設于安裝體的側面，功分器、合路器依次間隔相連構成環(huán)狀結構，一個功分器、一個放大器a、一個天線子陣依次相連，一個合路器與一個放大器b相連；其中，m≥4且m為整數。

4、作為一種優(yōu)選的技術方案，包括中心波束對外射頻接口，還包括與頂面天線、中心波束對外射頻接口分別相連的放大器c。

5、作為一種優(yōu)選的技術方案，包括電源模塊，電源模塊與放大器a、放大器b、放大器c分別電相連。

6、作為一種優(yōu)選的技術方案，放大器a、放大器b、放大器c、功分器、合路器、電源模塊均安裝于安裝體內。

7、作為一種優(yōu)選的技術方案，頂面天線包括一個或多個天線單元。

8、作為一種優(yōu)選的技術方案，每個天線子陣包括一個或多個天線。

9、作為一種優(yōu)選的技術方案，頂面天線的天線單元、天線子陣的天線單元均為圓極化特性的天線。

10、作為一種優(yōu)選的技術方案，功分器、合路器均為威爾金森功分器。

11、作為一種優(yōu)選的技術方案，安裝體為正多棱臺安裝體，安裝體的側面包括m個棱臺面，m個天線子陣分別安裝于m個棱臺面上。

12、一種多波束形成方法，使用所述的一種多波束天線，頂面天線形成1個星下點中心波束，每兩個相鄰天線子陣依次合成外層波束，共形成m個外層波束。

13、本發(fā)明相比于現有技術，具有以下有益效果：

14、(1)本發(fā)明采用正多棱臺布陣的模擬有源多天線體制，不需要波控器和多套波束形成網絡，也不需要數字多波束形成硬件，具有實現方式簡單、成本低的優(yōu)點；

15、(2)本發(fā)明的天線子陣可由多個天線單元組成，并且每兩個天線子陣依次合成外層波束，具有波束增益高、設備復雜度低的優(yōu)點；

16、(3)本發(fā)明在棱臺頂面上可由一個或多個天線實現星下點中心波束，該中心波束與各棱臺面上的天線子陣實現的高增益波束共同形成對星下點±64°區(qū)域的覆蓋，并能夠很好的克服“遠近效應”和“邊緣效應”。

技術特征：

1.一種多波束天線，其特征在于，包括安裝體(1)、頂面天線(2)、天線子陣(3)、放大器a、放大器b、功分器、合路器，天線子陣(3)、放大器a、放大器b、功分器、合路器的數量均為m個，頂面天線(2)設于安裝體(1)的頂面，天線子陣(3)設于安裝體(1)的側面，功分器、合路器依次間隔相連構成環(huán)狀結構，一個功分器、一個放大器a、一個天線子陣(3)依次相連，一個合路器與一個放大器b相連；其中，m≥4且m為整數。

2.根據權利要求1所述的一種多波束天線，其特征在于，包括中心波束對外射頻接口，還包括與頂面天線(2)、中心波束對外射頻接口分別相連的放大器c。

3.根據權利要求2所述的一種多波束天線，其特征在于，包括電源模塊，電源模塊與放大器a、放大器b、放大器c分別電相連。

4.根據權利要求3所述的一種多波束天線，其特征在于，放大器a、放大器b、放大器c、功分器、合路器、電源模塊均安裝于安裝體(1)內。

5.根據權利要求1所述的一種多波束天線，其特征在于，頂面天線(2)包括一個或多個天線單元。

6.根據權利要求5所述的一種多波束天線，其特征在于，每個天線子陣(3)包括一個或多個天線。

7.根據權利要求6所述的一種多波束天線，其特征在于，頂面天線(2)的天線單元、天線子陣(3)的天線單元均為圓極化特性的天線。

8.根據權利要求1所述的一種多波束天線，其特征在于，功分器、合路器均為威爾金森功分器。

9.根據權利要求1至8任一項所述的一種多波束天線，其特征在于，安裝體(1)為正多棱臺安裝體，安裝體(1)的側面包括m個棱臺面，m個天線子陣(3)分別安裝于m個棱臺面上。

10.一種多波束形成方法，其特征在于，使用權利要求1至9任一項所述的一種多波束天線，頂面天線(2)形成1個星下點中心波束，每兩個相鄰天線子陣(3)依次合成外層波束，共形成m個外層波束。

技術總結
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術領域，公開了一種多波束天線及多波束形成方法，該天線包括安裝體、頂面天線、天線子陣、放大器A、放大器B、功分器、合路器，天線子陣、放大器A、放大器B、功分器、合路器的數量均為M個，頂面天線設于安裝體的頂面，天線子陣設于安裝體的側面，功分器、合路器依次間隔相連構成環(huán)狀結構，一個功分器、一個放大器A、一個天線子陣依次相連，一個合路器與一個放大器B相連；其中，M≥4且M為整數。本發(fā)明解決了現有技術存在的難以在尺寸空間小、裝置簡單的條件下形成多波束等問題。

技術研發(fā)人員：梁宇宏,張云,高思遠
受保護的技術使用者：中國電子科技集團公司第十研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15