波束成形天線

波束成形天線(也稱為相控陣或波束控制天線)利用一系列天線元件,允許以電子方式而不是機械方式控制天線束。這允許信號從正確的方向發射或接收。對于飛機和衛星等非固定系統來說,這是一個重要的優勢。此外,還可以調整輻射圖,使天線在一個或多個方向發送或接收,或者在一個特定方向上接收更多信息或發射更多能量。因為它們是電子控制的,波束形成天線不那么脆弱,不需要機械維護。

NLR專門開發相控陣天線、其單獨的天線元件和控制陣列的波束形成器。對于各種航空航天應用, NLR開發天線或天線系統和系統架構。 “此外,我們還制定了天線的要求, ”皇家NLR的高級工程師Jacob Verpoorte說。 “用于衛星和飛機等特定應用中的技術,以及該系統所處的環境。在這些工作中,NLR著眼于環境因素,如衛星或飛機必須應對的振動、壓力和溫度水平,以及信號的傳播——它們是如何前進和移動的。然后可能會發生建筑物對大氣的阻尼或反射。NLR可以貫穿整個過程,從設計到現場測試和鑒定,這是非常獨特的!”

發展

波束形成最重要的應用是航空市場,但它也對必須跟隨衛星的地面站發揮著重要作用。電子控制也將 在相互通信的衛星星座中發揮重要作用:衛星間鏈路?;ヂ摼W信號目前是通過移動通信的傳輸桅桿發送的,但隨著波束形成可能發揮重要作用的衛星星座的出現,每個人都可以從世界任何地方直接訪問互聯網。即使是在地球上最不容易到達的地方。NLR在各種合作團體中進行多學科研究。示例包括:

光束形成

用于傳輸信號的波束形成器可以用RF電子器件控 制,也可以使用光學芯片:光學波束形成網絡(OBFN-Optical Beam Forming Network)。在光學領域,使用光束形成是創新和高效的,因為可以用小芯片進行大量處理。為此,NLR正與Lionix International合作,后者是定制光學微系統解決方案的供應商和設計師。使 用光學元件將確保光束形成在未來更便宜、更不復雜。對于歐洲 SANDRA項目,NLR與多個合作伙伴合作,開發了一種具有光束形成功能的Ku波段天線:飛機上的一種天線,與衛星通信,以改善飛機上的通信。后續工作——將天線集成到飛機機身中——將在 ACASIAS項目中解決。

集中到飛機中

歐洲ACASIAS項目將通過提高飛機的空氣動力學 性能來降低飛機的能源消耗。作為其中的一部分, NLR將與GKN Fokker合作,研究通過添加功能來使用機身部件的更智能方法,例如內置波束形成天線。

NLR內部已經掌握了有關結構設計以及飛機、空氣動 力學和熱力學中復合材料結構的必要知識。NLR關于開發衛星冷卻系統的知識也將用于冷卻天線系統以及分析和建模。

集成到無人機的機翼中

Verpoortet說:“飛機的機身上布滿了天線。” ,“但對通信和導航天線的需求一直在增長,因為無線應用越來越多,也越來越廣泛。想想越來越多的人擁有自己的個人通信設備,例如,改進的導航或物聯網,在物聯網中,設備連接到網絡,可以通過網絡交換數據合理的需求意味著平臺上需要更多的天線。因此,研究如何組合天線是很有趣的,因為它可以提供更多的空間和更好的覆蓋,以及發送和接收更多的容量。”

在ISABELLE項目中,天線被集成到飛機的一個傳統 上不用于天線的部分:機翼。

“這里的挑戰是使天線和波束成形更加緊湊, ” Verpoortet說, “這樣它占用的空間更小,更不容易受到攻擊,而且更可靠,價格更低。”集成將在翼展為4米的無人機中完成。該項目還將為自主飛行提供重要見解,例如無人機之間的通信和超視距作戰,即使沒 有直接的視覺接觸,也需要通信。“飛機和衛星對通信和導航天線的需求越來越大。電子轉向天線比機械轉向天線更適合這種情況。

 

注:信息來自網絡。NLR是荷蘭皇家航空航天中心

楊超凡 2023.12.24