什么是多波束天线
能产生多个锐波束的天线。这些锐波束(称为元波束)可以合成一个或几个成形波束,以覆盖特定的空域。多波束天线有透镜式、反射面式和相控阵式等三种基本形式。此外还有以相控阵作为反射面或透镜馈源的混合形式。
多波束透镜天线
利用透镜把馈源所辐射的能量汇聚起来形成一个锐波束,当透镜焦点附近设置多个馈源时,便相应形成指向不同的多个元波束(图1a)。控制各馈源的激励振幅和相位,能使这些元波束合成为具有特定形状的成形波束。图1a还表示出用19个元波束覆盖地球的配置情况。这19个元波束可由排成六边形的19个馈源喇叭产生(图1b右下角)。对各馈源激励的控制是利用波束形成网络来实现的。图1b中是一种典型的波束形成网络,它主要由可变功率分配器和移相器组成,能向馈源阵激励所需的振幅和相位分布。由于馈源偏离透镜焦点会引起彗形像差而使旁瓣电平升高,馈源的偏焦角不能过大,但可适当组合多个喇叭的辐射来压低波束的旁瓣电平。
多波束反射面天线
它在反射面焦点附近有多个馈源来形成多波束。为避免馈源系统对反射面口径的遮挡,通常采用偏置单(双)反射面形式。这类天线与多波束透镜天线工作情形相似,但较为轻便简单,是较常用的多波束天线形式。图2为最早用于商用通信卫星的偏置抛物面多波束天线,馈源阵由88个方形喇叭组成。辐射右旋圆极化波时,形成两个“半球波束”;同时辐射左旋圆极化波形成两个“区域波束”(图2)。这4个成形波束都工作于4吉赫频段而互不干扰,因而能增加通信容量(四重频谱复用)。
多波束相控阵天线
由许多辐射元排阵构成,用波束形成网络向阵列单元激励所需的振幅和相位,以形成不同形状的成形波束。它的优点是可对波束数目和形状进行灵活控制,并可控制波束作快速扫描;但结构较复杂,造价高。
多波束天线具有以下几个特点:
(1)元波束窄而且增益高,若用多个发射机同时向各波束馈电,可获得较远的作用距离;
(2)合成波束能覆盖特定形状的空域;
(3)能以组合馈源方式实现低旁瓣。多波束天线不但用于雷达系统,从60年代中后期以来已在卫星通信和电子对抗等技术领域获得应用,成为改进卫星通信系统性能的一项关键性技术,也是现代电子对抗中分选大量目标的一种重要手段。
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