CN104577310A - 星载天线系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种星载天线系统（1），包括：许多面板（10，20），当在操作条件下布置面板（10，20）时，所述许多面板（10，20）可向彼此移动并在它们之间具有间隙（60）；RF分布网络，用于向所述许多面板（10，20）提供发送信号并组合从所述许多面板（10，20）接收的信号；以及一组扼流法兰组件（30），其允许跨过专用间隙的无接触的面板间信号发送，其中在专用的相邻面板的辐射表面的远侧上布置各自的扼流法兰组件。此外，该天线系统包括RF密封组件（40），用于通过密封间隙（60）抑制从所述许多面板（10，20）辐射到该组扼流法兰组件（30）的信号的信号耦合。

Description

星载天线系统

本发明涉及星载天线系统，包括许多面板，当在操作条件下布置面板时，所述许多面板可向彼此移动并在它们之间具有间隙。该天线系统进一步包括RF分布网络，用于向所述许多面板提供发送的信号并组合从所述许多面板接收的信号，以及一组扼流法兰组件，该组扼流法兰组件允许跨过专用间隙的无接触的面板间信号发送，其中在专用的相邻面板的辐射表面的远侧上布置各自的扼流法兰组件。

在太空中部署用于太空应用的天线系统，同时折叠它们用于传送。已经部署天线系统之后，有必要耦合用于信号发送的天线系统的相邻面板。

以上类型的天线系统例如是用于Sentinel（哨兵）-1任务的Sentinel-1 SAR天线子系统（SAS）。该天线系统是工作在具有100MHz频率带宽的C频带（5.405GHz）的可部署的平面有源相控阵天线。该天线具有12.3m×0.84m的整体尺寸，并且由安装在航天器上方的中央面板以及在航天器的两个相邻侧的两个天线侧翼形成。中央面板装备有两个SAS瓦片（tile），而每个侧翼的两个面板各自载有三个SAS瓦片。这导致总数14个相同的瓦片：6（SAS右翼）+2（SAS中央面板）+6（SAS左翼）。每个SAS瓦片具有允许光束成形和转向所需的所有功能。

通常，SAS包含下列主要功能性：信号辐射和接收（WG-Assy）；分布式发送信号高功率放大（EFE，TAA）；分布式接收具有LNA保护的信号低噪声放大（EFE）；信号和功率分布（共同馈送，功率转换器）（RFDN）；包括温度补偿的相位和幅度控制（通过TCU的EFE）；内部校准回路；包括抑制和释放的部署机制；以及天线机械结构。

关于RF信号功率分布，在面板级上，Sentinel-1 SAR仪器RF分布网络（RFDN）在TX中以良好的相位匹配将信号从SAR电子子系统（SES）分布到天线瓦片（即到瓦片放大器组件（TAA）的输入端口）。在SAS瓦片级上，RFDN以良好的相位匹配将TX信号从瓦片放大器组件的输出分布到电子前端（EFE）模块。对于RX，RFDN结合在相对方向上接收的信号。

RF分布网络由下列元素组成：

·方位角平面分布网络（APDN），用于面板级信号分布

·仰角平面分布网络（EPDN），用于SAS瓦片级信号分布

·RF线束

总之，RFDN具有下列主要功能：

·对于TX：以输出端口之间的小相位变化通过瓦片放大器将TX信号从SES分布到EFE。　

·对于RX：以不同RX路径之间的小相位变化朝向SES通过瓦片放大器组合从EFE接收的信号。　

·在TX和RX路径中带通滤波。

在瓦片级上，RFDN的EPDN由同轴电缆和功率分配器/组合器组成。在面板级上，APDN也包含同轴电缆和功率分配器/组合器复合电路。对于面板间的RF线束路由，在由一组专用的扼流法兰连接实现部署之后，三个RF线束的连接从面板到面板分支（TX、RX-V和RX-H），这允许无接触的面板间信号发送。扼流法兰组件位于天线面板框架（APF）横向波束的中心。

已经在测试中发现：处于发送校准模式（TX Cal）的高幅度纹波针对水平极化信号发生。这使得难以进行内部校准。

本发明的目标是提供一种可以在其中更容易和更可靠地做出内部校准的天线系统。

这个目标由根据权利要求1的天线系统解决。在从属权利要求中阐述了优选实施例。

为了改进内部校准，提出一种星载天线系统，其包括：许多面板，当在操作条件下布置面板时，所述许多面板可向彼此移动并在它们之间具有间隙；RF分布网络，用于向所述许多面板提供发送信号并组合从所述许多面板接收的信号；以及一组扼流法兰组件，其允许跨过专用间隙的无接触的面板间信号发送，其中在专用的相邻面板的辐射表面的远侧上布置各自的扼流法兰组件。此外，该天线系统包括RF（射频）密封组件，用于通过密封间隙抑制从所述许多面板辐射到该组扼流法兰组件的信号的信号耦合。

本发明基于如下考虑：针对水平极化信号发生的处于发送模式的高幅度纹波是从天线波导辐射器到两个面板之间的扼流法兰组件的耦合的结果。为了最小化从波导辐射器到扼流法兰组件的耦合，RF密封被添加到两个相邻面板之间的连接处。制作添加的密封，使得它不阻碍面板闭锁机制。因此，当它不需要面板之间的机械接触时，以不施加过多的额外机械力的方式提供RF密封。结果，RF密封组件关闭面板之间的间隙，具体是两个相邻面板之间的瓦片。

根据进一步的实施例，各自的RF密封组件专用于所述许多面板的两个相邻面板之间的间隙。

各自的RF密封组件可包括固定在所述许多面板的两个相邻面板之间的间隙中的相对的对中的第一和第二密封轮廓。该轮廓使得能够关闭面板之间的间隙，具体是面板内的瓦片。

在通过天线系统的纵向截面中的侧视图中，第一和第二密封轮廓可具有L形横截面。当在操作条件下布置面板时，第一和第二密封轮廓的第一部分在所述许多面板中的平面中延伸，并且附接到专用的相邻面板。第一和第二密封轮廓的第二部分在信号辐射方向上延伸，使得它们相对并在它们之间具有间隙。一方面，这种形状使得能够关闭面板之间的间隙。另一方面，这并不阻碍面板闭锁机制。

在一个实施例中，第一和第二密封轮廓的第二部分之间的间隙在信号辐射方向上具有恒定的宽度。在这种结构中，当在操作条件下布置面板时，第二密封轮廓垂直于面板的平面。即，各自的轮廓的第一和第二部分之间的角度为90°。

在替代实施例中，第一和第二密封轮廓的第二部分之间的间隙在信号辐射方向上具有加宽的或变窄的宽度，导致在各自的轮廓的第一和第二部分之间的小于或大于90°的角度。

优选的是：RF密封组件由该组面板（10，20）的辐射波导的材料制成。这确保RF密封组件和波导具有导致最小化的热机械应力的相同的热膨胀系数。RF密封组件的轮廓可以由CFRP制成，特别是金属化的CFRP。CFRP是碳纤维强化塑料。这允许从剩余的天线波导制造轮廓。替换地，RF密封组件可由金属（例如，铝）制成。

在进一步的优选实施例中，RF密封组件通过至少一个胶带机械地附接到相邻面板，特别是高粘性的双面带。作为胶带之一，例如可以使用3M ＃Y966带。这种带用于其中需要高级别粘附力的重型抑制应用。

在进一步的优选实施例中，RF密封组件通过金属胶带电耦合到相邻面板。金属胶带例如可以是Cho-foil，其具有相对于EMI（电磁干扰）的良好屏蔽和导电性能。这有助于抑制从所述许多面板辐射到该组扼流法兰组件的信号的信号耦合。

根据进一步的优选实施例，在天线系统的枢纽线处布置RF密封组件。

RF密封组件可被视为扼流结构，该扼流结构用于关闭面板之间的间隙，即面板内的瓦片。

将参照附图描述本发明的更多细节和优点。

图1显示根据本发明的在星载天线系统中使用的RF密封组件的第一实施例。

图2显示根据本发明的在星载天线系统中使用的RF密封组件的第二实施例。

在附图中，用相同的附图标记描述相同的元件。要注意的是：图中所示的实施例并不是按比例绘制，并且用于示出本发明的基本概念。

如下所述的RF密封组件旨在用于星载应用的天线系统中使用，例如用于Sentinel-1任务的Sentinel-1 SAR天线子系统（SAS）。如技术人员已知的，此天线系统是工作在具有100MHz频率带宽的C频带（5.405GHz）的可部署的平面有源相控阵天线。该天线由安装在航天器上方的中央面板以及在航天器的两个相邻侧的两个天线侧翼形成。中央面板装备有两个SAS瓦片，而每个侧翼的两个面板各自载有三个SAS瓦片。这导致总数14个相同的瓦片。每个SAS瓦片具有允许光束成形和转向所需的所有功能。

所述许多面板可向彼此移动。在将天线系统传送到太空期间，由于空间原因，通过枢纽折叠面板。在轨道上部署它们。当在操作条件下布置面板时，即当在公共平面上布置所有面板时，通过枢纽的两个相邻面板的连接导致相邻面板之间的小间隙。通过扼流法兰组件实现两个相邻面板之间的信号发送耦合，扼流法兰组件包括面板之一中的第一波导和其它面板之一中的第二波导。第一和第二波导被固定在相对的对中，以实现间隙上方的无接触的信号发送。

这种类型的天线系统的详细构成对于本领域技术人员是已知的，诸如从上面提到的Sentinel-1 SAR天线中，以便将省略关于天线系统细节的进一步解释。

现在参照图1，在两个邻近面板的区域中示出上述类型的天线系统1的一部分，两个邻近面板中的第一个用10描述，而两个邻近面板中的第二个用20描述。如上所指出的，面板10、20中的每一个由许多瓦片组成。第一面板10的瓦片用11描述，第二面板的瓦片用21描述。瓦片11、21在彼此相邻的位置。第一面板10和第二面板20以及第一瓦片11和第二瓦片21之间的间隙分别用60描述。间隙60具有典型地是大约5mm的长度64。在该图中，第一和第二面板以及瓦片11，21的辐射表面12、22在图的平面中被分别朝下指向。

为了实现无接触的面板间通信，在专用的相邻面板10、20的辐射表面的远侧上布置扼流法兰组件30。扼流法兰组件30由嵌入在第一面板10的外壳（未示出）中的第一波导31以及嵌入在第二面板20的外壳（未示出）中的第二波导32组成。在第一和第二波导31、32之间存在间隙33。第一和第二波导31、32的法兰34、35（至少部分地）位于间隙60内。

为了分别抑制从面板10、20及其瓦片11、21辐射的信号的信号耦合，在间隙60内提供RF密封组件40。RF密封组件40由附接到第一面板10的第一密封轮廓41和附接到第二面板20的第二密封轮廓51组成。提供RF密封组件40以至少部分地密封间隙60。

在横截面中，即在通过天线系统1的纵截面中的侧视图中，第一和第二密封轮廓41、51具有“L”形。第一和第二密封轮廓41、51各自的第一部分45、55在面板10、20的平面中（即在垂直于从左侧到右侧的绘图平面的方向上）延伸到间隙60中。第一和第二密封轮廓41、51各自的第二部分46、56在从面板10、20辐射的信号辐射方向上（即在垂直于上下绘图平面的方向上）延伸。第二部分46、56的长度是从面板10、20辐射的信号的波长的四分之一。

第一和第二密封轮廓41、51各自的第一部分45、55通过胶带43和53附接到专用面板10、20。可通过胶带和/或环氧树脂胶进行第一和第二密封轮廓41、51各自的第一部分45、55到专用面板10、20的附接。此外，通过导电箔42、52，诸如也是从现有技术中已知的所谓cho-foil，密封轮廓41、51电耦合到专用面板10、20。

在间隙60中的相对的对中布置第一和第二密封轮廓41、51，以至少部分地密封间隙。在第一和第二密封轮廓41、51的第一部分45、55的平面中，在密封轮廓41、51之间存在具有第一长度的间隙61。在第二部分46、56的外端，指向辐射表面12、22，在密封轮廓41、51之间存在具有第二长度的间隙62。在图1所示的第一实施例中，间隙61的第一长度对应于间隙62的第二长度。那意味着第二部分46、56彼此平行。第一和第二间隙61、62的长度可以是大约0.8mm至1mm。

在图2所示的第二实施例中，间隙61的第一长度小于间隙62的第二长度。结果，第二部分之间的间隙在信号辐射方向上具有加宽的宽度，即各自的密封轮廓41、51的第一和第二部分45、46；55、56之间的角度小于90°。间隙61的长度可以是大约0.8mm。间隙62的长度可以是大约1.2mm。图2所示的第二实施例的结构的剩余部分对应于图1所示的第一实施例。然而，在替代实施例中，第一和第二部分45、46；55、56之间的角度可以是大于90°。

第一和第二密封轮廓41、51可由面板10、20的辐射波导的材料制成。这确保RF密封组件和波导具有相同的热膨胀系数，并且最小化热机械应力。因此，第一和第二密封轮廓可由在其表面上具有金属化的CFRP（碳纤维强化塑料）制成。例如，由CFRP制成的第一和第二密封轮廓41、51可被镀铜。这允许从剩余的天线波导中制造轮廓。替代地，RF密封组件40的密封轮廓41、51可由金属（例如，铝）制成。

RF密封组件可在枢纽线处附接到面板到面板连接。

已经用S参数测试验证了RF密封组件的效果，即从面板10、20辐射到扼流法兰30的信号的信号耦合的显著抑制。

如将由技术人员认识到的，在第一和第二密封轮廓41、51彼此不具有任何机械接触的意义上，RF密封组件40是无接触的。第一和第二密封轮廓41、51的结构使得它不阻碍面板闭锁机制，即没有施加过多的额外机械力。

作为进一步的优点，RF密封组件不需要面板10、20之间的机械接触。

附图标记列表

1          天线系统

10        第一面板

11        第一面板的瓦片

12        瓦片11的辐射表面

20        第二面板

21        第二面板的瓦片

22        瓦片21的辐射表面

30        扼流法兰组件

31        第一波导

32        第二波导

33        第一和第二波导之间的间隙

34        第一波导31的法兰

35        第二波导32的法兰

40        RF密封组件

41        第一密封轮廓

42        导电箔

43        胶带

45        在面板的平面中延伸到间隙60中的第一密封轮廓的第一部分

46        在信号辐射方向上延伸的第一密封轮廓的第二部分

51        第二密封轮廓

52        导电箔

53        胶带

55        在面板的平面中延伸到间隙60中的第二密封轮廓的第一部分

56        在信号辐射方向上延伸的第二密封轮廓的第二部分

60        第一和第二面板之间的间隙

61        第一和第二密封轮廓之间的间隙

62        在部分45、55的外端处的第一和第二密封轮廓之间的间隙

63        第一和第二轮廓的部分45、55的长度

64        第一和第二面板之间的间隙60的长度。

Claims (12)

1.一种星载天线系统（1），包括：

-许多面板（10，20），当在操作条件下布置面板（10，20）时，所述许多面板（10，20）可向彼此移动并在它们之间具有间隙（60）；

-RF分布网络，用于向所述许多面板（10，20）提供发送信号并组合从所述许多面板（10，20）接收的信号；

-一组扼流法兰组件（30），其允许跨过专用间隙的无接触的面板间信号发送，其中在专用的相邻面板的辐射表面的远侧上布置各自的扼流法兰组件；以及

-RF密封组件（40），用于通过密封间隙（60）抑制从所述许多面板（10，20）辐射到该组扼流法兰组件（30）的信号的信号耦合。

2.根据权利要求1的天线系统，其中各自的RF密封组件（40）专用于所述许多面板（10，20）中的两个相邻面板（10，20）之间的间隙。

3.根据权利要求1或2的天线系统，其中各自的RF密封组件包括第一和第二密封轮廓（41，51），所述第一和第二密封轮廓（41，51）被固定在所述许多面板（10，20）中的两个相邻面板（10，20）之间的间隙（60）中的相对的对中。

4.根据权利要求3的天线系统，其中第一和第二密封轮廓（41，51）在通过天线系统（1）的纵截面中的侧视图中是L形。

5.根据权利要求4的天线系统，其中：当在操作条件下布置面板（10，20）时，第一和第二密封轮廓（41，51）的第一部分（45，55）在所述许多面板（10，20）的平面中延伸，并且附接到专用的相邻面板（10，20）。

6.根据权利要求4或5的天线系统，其中第一和第二密封轮廓（41，51）的第二部分（46，56）在信号辐射方向上延伸，使得它们相对并在它们之间具有间隙。

7.根据权利要求6的天线系统，其中第一和第二密封轮廓（41，51）的第二部分（46，56）之间的间隙在信号辐射方向上具有恒定的宽度。

8.根据权利要求6的天线系统，其中第一和第二密封轮廓（41，51）的第二部分（46，56）之间的间隙在信号辐射方向上具有加宽的或变窄的宽度。

9.根据权利要求1至8之一的天线系统，其中RF密封组件（40）由该组面板（10，20）的辐射波导的材料制成。

10.根据前述权利要求之一的天线系统，其中RF密封组件（40）通过至少一个胶带（43，44；53，54）机械地附接到相邻面板（10，20）。

11.根据前述权利要求之一的天线系统，其中RF密封组件（40）通过金属胶带（41，51）电耦合到相邻面板（10，20）。

12.根据前述权利要求之一的天线系统，其中在枢纽线处布置RF密封组件（40）。