基于星載平面反射陣天線的波束控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于星載平面反射陣天線的波束控制系統。
【背景技術】
[0002]平面反射陣天線由平面反射面和饋源喇叭組成，其每一個單元都具有相位調節功能，可以通過相位合成技術實現波束控制，且其重量及功耗方面與一般的星載相控陣天線相比有很大的優勢，結構簡單，成本相對較低，是近年來國內外星載天線的一個研究熱點。對于天線波束控制系統，目前國內對有源相控陣天線的波束控制系統研究較多，但對于平面反射陣天線的波束控制系統鮮有研究。
[0003]文獻《基于FPGA的波控系統設計與實現》(“應用科技”，Vol.35 N0.3, March.2008 )中的波控系統由很多FPGA芯片構成的波控板和T/R組件構成，每個FPGA波控板控制一個天線子陣，這樣就需要若干個FPGA波控板，系統實現復雜，重量大，而且在該系統中，采用了 T/R組件，移相器為5位的數字式移相器，成本相對較高。工程碩士學位論文《基于FPGA平臺的波控系統設計》中的波控系統由波控主機、陣面子陣運算處理模塊和移相器組成，其中波控主機未采用主備份設計，移相器采用了鐵氧體移相器，陣面子陣運算處理模塊還包含接口電路、FPGA芯片、存儲器EEPROM和驅動電路組成，該系統實現比較復雜，硬件成本較高。專利《一種星載大型相控陣天線波束控制裝置》(專利申請號:CN201510073210，專利公開號:CN104617390)中的波控控制裝置包括衛星平臺數管計算機、波束控制計算機、多個波束控制單元、C波段T/R組件、C波段延時放大組件、L波段T/R組件和L波段延時放大組件，其構成方式比較復雜。
[0004]目前現有相控陣天線波束控制系統實現的復雜性太高，而缺乏對星載平面反射陣天線波束控制系統的研究。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種基于星載平面反射陣天線的波束控制系統，對星載平面反射陣天線進行波束指向控制，可靠性高、系統復雜度低、軟件實現簡單。
[0006]為了達到上述目的，本發明提供一種基于星載平面反射陣天線的波束控制系統，對星載平面反射陣天線進行波束指向控制時，將天線陣列分成N個天線分區，每個天線分區中的天線單元數量為M，該波束控制系統包含:
波控機，其電性連接衛星平臺上的數管計算機，該波控機接收數管計算機發送的波束指向角度，計算得到N組波控碼輸出給N組驅動器組，所述的波控碼包含:時鐘信號CLK、碼信號DATA和鎖存信號LE ;
N組驅動器組，其電性連接波控機，每一組驅動器組對應一個天線分區，每組驅動器組包含m個串聯的驅動器，每一個驅動器電性連接k個移相器，每組驅動器組對應接收一組波控碼，其中，第一個驅動器接收波控碼，第2個驅動器?第m-Ι個驅動器依次將波控碼中的碼信號延時輸出給下一個驅動器，第m個驅動器將延時后的碼信號作為波控碼回讀信號輸出給波控機，每一個驅動器都在收到鎖存信號時將碼信號鎖存并轉換成并行的電壓信號并行輸出給對應的移相器組；
N組移相器組，每組移相器組對應一個天線分區和該天線分區中的驅動器組，每組移相器組包含的移相器的數量M與對應天線分區中的天線單元的數量相同，每一個移相器對應電性連接該天線分區中的一個天線單元，每一個移相器電性連接該天線分區中的驅動器組中的一個驅動器，每一個移相器根據驅動器組輸入的電壓信號對電磁波信號進行相應角度的移相后，經天線輻射出去，最終使天線陣列形成所需指向的方向圖；
不同天線分區中的天線單元的數量M可以不同；
每個驅動器連接的移相器的數量k可以不同；
每組移相器組包含的移相器的數量M= kl+k2+……+ km，其中，kl是第一個驅動器連接的移相器的數量，km是第m個驅動器連接的移相器的數量。
[0007]所述的波控機包含電性連接數管計算機的第一波控模塊和第二波控模塊，以及電性連接第一波控模塊和第二波控模塊的波控機電源模塊，所述的第一波控模塊和第二波控模塊并聯連接；
所述的第一波控模塊和第二波控模塊的電路和軟件完全相同，且第一波控模塊和第二波控模塊設計在同一塊電路板上，當第一波控模塊工作時，第二波控模塊冷備用，當第二波控模塊工作時，第一波控模塊冷備用。
[0008]所述的第一波控模塊和第二波控模塊都包含電性連接的控制器和電平轉換模塊，控制器根據數管計算機發送的波束指向角度計算出每個天線分區的波控碼，電平轉換模塊驅動N組波控碼發送給N組驅動器組，同時電平轉換模塊將N組驅動器組發送的波控碼回讀信號發送給控制器，控制器將接收到的波控碼回讀信號與發送的波控碼進行一一比對，以判斷波控碼傳送是否發生錯誤，電平轉換模塊單向導通且默認不使能，以實現第一波控模塊和第二波控模塊的隔離。
[0009]時鐘信號CLK、碼信號DATA和鎖存信號LE之間的時序關系為:若波控機輸出的碼信號為η位，鎖存信號LE在碼信號發送期間一直為低電平，在η位碼信號發送完成后的下一個時鐘上升沿到達之前變為高電平，持續一個時鐘周期，時鐘信號CLK持續η+1個時鐘周期，η個時鐘周期用于發送碼信號DATA，后I個周期用來發送鎖存信號LE。
[0010]所述的每個天線分區中的驅動器組中的m個驅動器的串聯方式為:第一個驅動器的三個串行控制線輸入管腳連接波控機I的輸出端，接收波控機輸出的一組時鐘信號CLK、碼信號DATA和鎖存信號LE，三個串行控制線輸出管腳連接第二個驅動器的三個串行控制線輸入管腳，將輸出時鐘信號CLKout、輸出碼信號So及輸出鎖存信號LEout作為輸入信號輸入第二個驅動器，第二個驅動器的三個串行控制線輸出管腳連接第三個驅動器的三個串行控制線輸入管腳，以此類推，第m個驅動器的三個串行控制線輸入管腳連接第m-Ι個驅動器的三個串行控制線輸出管腳，第m個驅動器中輸出碼信號So的串行控制線輸出管腳連接波控機的輸入端，將輸出碼信號So作為波控碼回讀信號返回給波控機。
[0011]時鐘信號CLK和鎖存信號LE進入驅動器后立即輸出，碼信號DATA延時24個時鐘周期輸出，每一個驅動器都將碼信號DATA延時后輸出到下一個驅動器，每一個驅動器在鎖存信號LE的上升沿將串行的延時后的碼信號DATA進行鎖存，同時將鎖存后的波控碼轉換為并行的24個-5V或OV輸出電壓信號并行輸出至8個移相器。
[0012]所述的移相器組中的每個移相器包含三個電壓輸入控制端V1、V2、V3和一個射頻信號輸入輸出端RF，電壓輸入控制端連接與移相器組3位于同一個天線分區中的驅動器組中的每一個驅動器的并行控制線輸出管腳，驅動器為移相器提供電壓值，電壓值控制移相器內部移相開關的通斷，進而控制移相器當前應移相的角度，電磁波信號由射頻信號輸入輸出端RF輸入移相器后經過相應角度的移相后輸出，每個移相器通過射頻通孔與天線相連，移相后的電磁波信號最終經天線輻射出去。
[0013]移相器共有四個移相狀態:電壓輸入控制端V1、V2、V3均為-5V電壓時，移相角度O度；V1電壓為0V，V2、V3電壓為-5V時，移相角度90度；V1、V2電壓為0V，V3電壓為-5V時，移相角度180度；V1、V2、V3電壓為OV時，移相角度270度。
[0014]本發明對星載平面反射陣天線進行波束指向控制，可靠性高、系統復雜度低、軟件實現簡單。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明提供的基于星載平面反射陣天線的波束控制系統的電路框圖。
[0016]圖2是驅動器組中的驅動器的串聯方式示意圖。
[0017]圖3是波控碼的時序圖。
[0018]圖4是驅動器與移