CN105305075B - 一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线，采用有源子阵模块化设计理念，将多个模块进行平面或者非平面组阵，形成具有超低剖面的大型毫米波卫星通信用相控阵天线阵面。基于射频电路的集成设计、多功能芯片的应用以及多层微波板的使用等相对成熟的工艺，来实现毫米波相控阵天线的低剖面设计。所设计的天线系统既具有低剖面又具有较高的集成度，且成本与现有的水平相当，技术成熟度高。该发明所设计的天线在进行卫星通信时，可以方便的实现装机要求，并能根据实际需要，对后端的模块进行多波束技术延伸，具有技术可实现性和可变性。

Description

一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线

技术领域

本发明涉及的技术领域涵盖了毫米波电子信息领域，包括雷达、通信、对抗、遥感遥测等，具体为一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线。本发明还特别适用于卫星通信领域，为了实现低剖面的天线终端的装机需求，实现卫星与地面终端的隐蔽通信，可在装机平台上具备快速、共形等设计，为卫星通信终端提供超低剖面相控阵天线系统。

背景技术

在毫米波相控阵天线领域，由于天线阵列需要进行大角度的扫描，导致天线单元的间距非常小，通常只有半个工作波长，特别是毫米波的波长较短，因此对后端的射频器件尺寸的排布造成了极大的困难。传统的毫米波天线阵面的形式为砖块式，在天线系统的纵向上延伸较长，不利于天线的低剖面设计。

为了实现天线的低剖面，一般采用以下几种方式：

1)对射频组件采用LTCC工艺，将天线与射频器件一体化设计，这种技术较为先进，但其成品较低，其工艺相对复杂，成本较高；

2)采用数字多波束体制的相控阵天线，这种天线系统可以将射频部分的功能进行压缩，将部分功能向天线的后端处理模块进行延伸，这样也能有效的降低天线射频前端的尺寸。但是数字多波束的成本以及后端的设备量相对复杂，成本较高。

针对以上技术在某些方面的技术缺陷，本发明基于射频电路的集成设计、多功能芯片的应用以及多层微波板的使用等相对成熟的工艺，来实现毫米波相控阵天线的低剖面设计，所设计的天线系统具有模块化的理念，通过对有源子阵进行设计，可在平面后者曲面上扩展，既具有低剖面又具有较高的集成度，且成本与现有的水平相当，技术成熟度高。该发明所设计的天线在进行卫星通信时，可以方便的实现装机要求，并能根据实际需要，对后端的模块进行多波束技术延伸，具有技术可实现性和可变性。

发明内容

本发明的目的在于避免传统天线剖面高或者工艺复杂的限制，突破低剖面可扩展相控阵天线的设计能力，提供一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线系统，该系统具有剖面低、可自由拼阵，波束形成灵活等优点，具有很高的工程应用前景。

本发明所采用的技术方案为：

一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线，包括N个模拟有源子阵2，N为自然数，其特征在于：所述的模拟有源子阵2包括多个低剖面微带天线单元6、低剖面热控板7、多个片式多通道收发组件9和多层微波电路板10；片式多通道收发组件9的上表面设置有绝缘子插针8，绝缘子插针8穿过低剖面热控板7上的过孔与低剖面微带天线单元6的下表面相连接，片式多通道收发组件9的下表面与多层微波电路板10的上表面相连接；低剖面热控板7的上表面与低剖面微带天线单元6之间为绝缘设置，绝缘子插针8与低剖面热控板7上的过孔之间为绝缘设置。

其中，在多层微波电路板10的上表面设置有天线腔体骨架结构11，片式多通道收发组件9设置在天线腔体骨架结构11的腔体内。

其中，在多层微波电路板10的下表面设置有底部盖板12。

其中，所述的N个模拟有源子阵2的排布方式为平面排布、多面阵或者共形阵。

其中，天线腔体骨架结构11的腔体为多个且与多个片式多通道收发组件9一一对应设置。

其中，所述的模拟有源子阵2中多层微波电路板10集成了射频电路、微波数字板以及信息处理芯片，与片式多通道收发组件9之间通过软性电路板进行供电、控制信号的连接。

其中，所述的模拟有源子阵2与外部的接口有两个：射频接口3和综合控制与供电接口4。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明中，利用有源子阵的模块化设计，可实现大型毫米波相控阵天线的自由组阵，既可以实现平面组阵，又可以实现共形或者多面阵组阵，提高天线阵面的空间利用率。

2、本发明中，利用有源子阵模块内部多射频通道的集成设计，减小了所占有的纵向空间，可实现射频电路的平面化设计，改变了传统砖块式射频电路的设计理念。

3、本发明中，利用有源子阵模块低剖面设计，可实现大阵面的低剖面化，提高了天线系统的装机适应性。

4、、本发明中，采用低剖面热控板，其其内部布有热管或者均热材料，将收发射频器件贴覆于其表面，即可大大降低整机高度，又有利于系统散热。

附图说明

图1是本发明的有源子阵模块组阵示意图。

图2是本发明的有源子阵模块正视图。

图3是本发明的有源子阵模块斜视图。

图4是本发明的有源子阵模块侧视图。

图5是本发明的有源子阵模块内部剖分图。

具体实施方式

下面，结合图1-图5对本发明做进一步说明。

在一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线1中，如图1所示，为一种由多个由有源子阵模块按照一定的规则排布而成，N为自然数，排布方式不限于平面，也可以为多面阵或者共形排布。其中模拟有源子阵2自身具备独立的天线功能，并具有可扩展排布的特点，可按照系统的要求选择模拟有源子阵2的进行组阵。整个蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线具有超低的剖面。

在一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线1中，如图2、图3和图4所示，模拟有源子阵2为蒙皮结构，具有超低剖面的特点，其与外部的接口有两个：射频接口3和综合控制与供电接口4；

在一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线1中，如图5所示，模拟有源子阵2，包括低剖面的微带天线单元6、天线固定框架5，低剖面热控板7，片式多通道收发组件9，多层微波电路板10，天线腔体骨架结构11，以及底部盖板12等。其中，低剖面的微带天线单元6与片式多通道收发组件9通过一一对应的绝缘子插针8连接。绝缘子插针8穿过低剖面热控板7的过孔。片式多通道收发组件9集成了多个接收和发射射频电路，形成一个独立的功能模块。多层微波电路板10集成了射频电路、微波数字板以及信息处理芯片，与片式多通道收发组件9之间通过软性电路板进行供电、控制等信号的连接。天线腔体骨架结构11按照片式多通道收发组件9的尺寸进行分腔，并对片式多通道收发组件9、多层微波电路板10等部件起到支撑作用。

工作原理

该发明所述的天线既可以用于卫星通信，也可以用作其他涉及到相控阵天线的电子信息系统。该天线既可以设计成收发分开又可以设计成收发共用。以卫星通信系统为例，在初始工作时，与该天线相连接的卫星通信终端模块根据载体所处的位置、平台姿态、以及卫星的位置等信息，计算出天线的波束指向角。

当天线接收信号时，天线阵列将卫星信号通过天线辐射单元接收，首先进行子阵级信号合成，并送入射频通道，在射频通道中，阻发滤波器将接收的信号进行限幅与滤波调整，以免使得发射信号对接收通道有所影响，而后经过低噪放进行信号放大，放大后的信号根据波束控制器的指令变换到合适的相位、幅度值进行合成，最后变频后的信号输出给卫星通信接收设备和跟踪接收机进行跟踪。

信号发射时，天线波束控制单元控制移相器调整天线阵列的波束指向，保证天线的发射波束在运动状态下始终对准卫星。激励信号首先进入子阵内部功分网络，分别进入各个发射通道，把调整好相位、幅度值的信号输出给放大器，进行信号放大，经由天线单元将信号辐射出去，发送给卫星。

Claims (5)

1.一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线，包括N个模拟有源子阵(2)，N为自然数，其特征在于：所述的模拟有源子阵(2)包括多个低剖面微带天线单元(6)、低剖面热控板(7)、多个片式多通道收发组件(9)和多层微波电路板(10)；片式多通道收发组件(9)的上表面设置有绝缘子插针(8)，绝缘子插针(8)穿过低剖面热控板(7)上的过孔与低剖面微带天线单元(6)的下表面相连接，片式多通道收发组件(9)的下表面与多层微波电路板(10)的上表面相连接；低剖面热控板(7)的上表面与低剖面微带天线单元(6)之间为绝缘设置，绝缘子插针(8)与低剖面热控板(7)上的过孔之间为绝缘设置；所述的N个模拟有源子阵(2)的排布方式为平面排布、多面阵或者共形阵；所述的模拟有源子阵(2)中多层微波电路板(10)集成了射频电路、微波数字板以及信息处理芯片，与片式多通道收发组件(9)之间通过软性电路板进行供电、控制信号的连接。

2.根据权利要求1所述的一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线，其特征在于：在多层微波电路板(10)的上表面设置有天线腔体骨架结构(11)，片式多通道收发组件(9)设置在天线腔体骨架结构(11)的腔体内。

3.根据权利要求1所述的一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线，其特征在于：在多层微波电路板(10)的下表面设置有底部盖板(12)。

4.根据权利要求1所述的一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线，其特征在于：天线腔体骨架结构(11)的腔体为多个且与多个片式多通道收发组件(9)一一对应设置。

5.根据权利要求1所述的一种蒙皮式毫米波卫星通信相控阵天线，其特征在于：所述的模拟有源子阵(2)与外部的接口有两个：射频接口(3)和综合控制与供电接口(4)。