[发明专利]具有不规则网孔和可能的冷冗余的阵列天线

说明书

技术领域

本发明涉及阵列天线。

背景技术

这里，“阵列天线”要理解为意味着能够进行发射和/或接收操作、 并包括至少一个辐射单元和控制装置的子阵列的阵列的天线，控制装 置适于依靠有源链(activechain)控制要由每个子阵列发射的(或在相 反方向上，以波的形式从空间接收的)射频信号的幅度和/或相位，以 使它们根据选定模式发射(或接收)射频信号。从而，这将同样地充 分涉及所谓的直接辐射阵列天线(direct-radiationarrayantenna)(经常 由它们的缩写DRA来表示)、有源或非常少见的无源类、以及“反射器 阵列天线(reflector-arrayantenna)”(或“反射阵列天线(reflectarray antenna)”)。

正如本领域技术人员所知道的那样，例如具有正好分布在辐射单 元后面的放大器的直接辐射天线的某些阵列天线可以工作于多波束模 式，这是例如在Ka波段(发射时18.2GHz至20.2GHz，或接收时27.5GHz 至30GHz)中的多媒体任务的架构中、或用于在飞行中例如在Ku波段 (发射时10.7GHz至12.75GHz，或接收时13.75GHz至15.6GHz)中重 新配置波束所需要的基本性质。

不过，这些阵列显示出两个主要缺点。一旦覆盖区域必须被分解 为非常精细的波束(或“点”)，并且临近区域之间存在强的隔离限制 从而能够周期性再使用一个和相同的频率子-波段时，这些阵列实际上 需要大量的有源链。另外，当不在它们的最佳功率电平处使用它们时， 在宽带多载波存在时它们的有源链中包括的放大器的低能量效率(确 定发射中的标准)变坏。这实际上由所谓的变迹(apodization)(也被 称为“锥度”)产生，当人们希望获得相当弱的(天线模式的)旁瓣时 变迹是必不可少的。回想起变迹是一种技术，包括与其外围处相比、 将更多能量安排在阵列的中心处。

当由于频率再使用在临近区域之间存在强的隔离限制时，在上述 两个主要缺点上可加上第三个缺点。特别是，当故障率变得重要时， 当少数有源链(在一次任务期间逐渐)变成故障时性能中的“平稳” 衰减通常变得不可接受。为了弥补这个缺点，无可否认可以设想类型 “2对1”、或“3对2”、或“10对8”的辐射单元的子阵列的传统冗余， 但是这使大型阵列承担不可接受的复杂性，并显著增加质量(对于卫 星载天线是特别不利的缺点)。

为了试图弥补上述缺点，在专利文件FR2762937中已经提出了一 种具有“冷冗余”的稀疏阵列天线。这种解决方案包括在阵列的选定 位置处提供受限数量的替换子阵列和相关的有源控制链，只有在一个 或多个有源控制链出故障的情况下才使用它们。将这些替换子阵列的 位置选择成使发射和/或接收持续满足需求：对于第一近似，在某些冗 余激活的前后用于能量的变迹分布定律(apodizeddistributionlaw)必 须保持整体相似。

当不使用替换子阵列时，它形成阵列中的发射和/或接收空隙 (void)，其在天线最优化期间要被考虑到。不过，阵列中相当数量空 隙的存在降低了对于给定外部尺寸而言的天线的方向性。另外，因为 在空隙定义之前阵列的规则网孔，如果人们希望获得弱的旁瓣(来防 止特别是由于从有用的角域中的干扰而来的周期性导致的“阵列波 瓣”)，必须使用具有小数量辐射单元的子阵列，从而能够仅略微减少 子阵列的总数量。

由于没有已知的解决方案是完全满意的，因此本发明的目的是改 善这种状况。

发明内容

为此目的提出一种发射和/或接收阵列天线，包括至少一个辐射单 元和控制装置的子阵列的阵列，所述控制装置负责控制要由每个子阵 列以波的形式发射或接收的射频信号的幅度和/或相位，以使它们根据 至少一个选定模式发射或接收射频信号。

该阵列天线的特征在于它的子阵列包括从阵列的中心到其外围增 加的平均数量(ameannumber)的辐射单元，并被彼此相关地进行安 排，从而组成不规则网孔，其提供低强度的模式旁瓣和在感兴趣的方 向上的高增益。

根据本发明的阵列天线可以包括能够被分开或进行组合的其它特 征，并且特别是：

-根据受约束的最优化伪随机类型的分布，例如使用“遗传”或“模 拟退火”类型的算法可以将它的子阵列安排成彼此相关；