CN105449362A - 一种双星双波束s频段卫星通信相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线，包括自上到下依次排布的双圆极化天线阵列、射频电路层、收发馈电网络和波控与供电板，双圆极化天线阵列由多个双圆极化天线单元组成，射频电路层由多个射频器件组合组成，多个射频器件组合的位置与多个双圆极化天线单元的位置分别一一对应设置，射频器件组合之间通过金属带进行隔离；本发明所涉及的相控阵天线通过内部的射频支路进行S频段收发信号分割，使其可以工作在大S和中继两个频率，并分时形成两个波束，可分时与大S卫星和中继卫星进行通信。系统采用相控阵技术进行空间波束扫描，实现信号的快速跟踪。

Description

一种双星双波束S频段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卫星通信、卫星导航、卫星定位以及遥控遥测等，具体为双星双波束S频段卫星通信相控阵天线。本发明还特别适用于在动载体上进行大S和中继卫星之间的分时通信，可根据具体的使用情况在两颗卫星之间进行信号切换。该发明具有快速信号跟踪、信号切换、信号捕获、信号收发分置等特点。
背景技术
在卫星通信领域，S频段的卫星通信是一个重要的通信频谱，工作于中继卫星系统S频段多址(SMA)链路的用户终端越来越多，相对天链一号中继卫星系统，天链二号中继卫星系统的数据传输能力和多目标能力大幅提高。天链二号卫星增加了S频段相控阵天线，大大增加了系统的S频段多址能力。可同时提供一条前向链路和六条反向链路，可同时为多个用户提供S频段数据中继和测控服务。在以往的S频段卫星通信天线中，根据天线形式的不同，有多种方式：
1、传统的机械跟踪天线，如反射面天线和平板阵列天线，具有高增益、制造成本低等特点，但是其体积笨重、拆装不便、跟踪速度慢等方面存在较大的劣势，这种方式的跟踪速度较慢，不能很好的适应高机动性平台的需求。
2、一维有源相控阵天线，这类体制的天线虽然有成本相对较低的优点，但在卫星通信领域，其应有也受到了不少限制，如其体积依然庞大、仍然需要方位面机械跟踪的缺点。
3、传统的单星单波束有源相控阵天线，这类天线具有波束跟踪速度快，体制先进的优点，但是不具备双星跟踪的能力，用户无法根据需要进行星间链路的切换，使其丧失了功能复用的能力。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，提供一种可同时共工作在中继和大S频段的卫星通信两维有源相控阵天线系统，该系统具有无机械伺服机构、波束偏转速度快，可在两颗星之间快速切换，可实现快速的跟踪等优点，具有很高的工程应用前景。
本发明所采用的技术方案为：
一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线1，包括自上到下依次排布的双圆极化天线阵列、射频电路层5、收发馈电网络6和波控与供电板9，所述的双圆极化天线阵列由多个双圆极化天线单元2组成。所述的射频电路层5由多个射频器件组合12组成，多个射频器件组合12的位置与多个双圆极化天线单元2的位置分别一一对应设置，射频器件组合12之间通过金属带13进行隔离。
其中，所述的射频器件组合12包括第一单刀双掷开关14、双工器17、第二单刀双掷开关18、放大器芯片19、第三单刀双掷开关20、功放芯片21、右旋圆极化端口25和左旋圆极化端口26；右旋圆极化端口25的接收信号端与双圆极化天线单元2的右旋圆极化信号输出端相连接，右旋圆极化端口25的信号输出端与第二单刀双掷开关18的第1信号输入端相连接；左旋圆极化端口26的一端与双圆极化天线单元2的右旋圆极化信号输入输出端相连接，左旋圆极化端口26的另一端与第一单刀双掷开关14的信号总口相连接；第一单刀双掷开关14的第1信号口与第三单刀双掷开关20的第1信号输出口相连接，第一单刀双掷开关14的第2信号口与双工器17的信号总口相连接；双工器17的信号输出口与第二单刀双掷开关18的第2信号输入端相连接，双工器17的信号输入口与第三单刀双掷开关20的第2信号输出口相连接；第二单刀双掷开关18的信号总口与放大器芯片19的信号输入端相连接；第三单刀双掷开关20的信号总口与功放芯片21的信号输出端相连接；放大器芯片19的信号输出端和功放芯片21的信号输出端分别与收发馈电网络6相连接。
其中，在射频电路层5的侧面设置有散热齿4。
其中，所述的收发馈电网络6为由接收网络层和发射网络层组成的层叠结构。
其中，所述的收发馈电网络6的接收信号端口22与放大器芯片19的信号输出端相连接，收发馈电网络6的发射信号端口23与功放芯片21的信号输入端相连接。
其中，所述的射频器件组合12还包括第一滤波器15和第二滤波器16；右旋圆极化端口25的信号输出端与第一滤波器15的输入端相连接，第一滤波器15的输出端与第二单刀双掷开关18的第1信号输入端相连接；第一单刀双掷开关14的第1信号口与第二滤波器16的输出端相连接，第二滤波器16的输入端与第三单刀双掷开关的第1信号输出口相连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明利用集成化结构，利用高度集成的方式进行供电、射频、控制、散热的一体化设计，提高天线阵面的空间利用率，同时减小了整个系统的尺寸。
2、本发明利用在射频电路内部采用开关进行双星频率的限制，增加滤波器和双工器，避免了信号的干扰。
3、本发明可进行中继卫星和大S卫星的信号选择，具有分时形成双波束，跟踪不同卫星信号的功能，具有功能复用的优点。
附图说明
图1是本发明的三维结构俯视图。
图2是本发明的分层结构示意图。
图3是本发明的射频模块与散热示意图。
图4是本发明的射频工作原理示意图。
图5是本发明的馈电网络连接示意图。
图6是本发明的波控与供电板示意图。
具体实施方式
下面，结合图1-图6对本发明做进一步说明。
在双星双波束S频段卫星通信相控阵天线1中，如图5所示，包括自上到下依次排布的双圆极化天线阵列、射频电路层5、收发馈电网络6、波控与供电板9以及固定螺钉3等，双圆极化天线阵列由多个双圆极化天线单元2组成，射频电路层5由多个射频器件组合12组成，多个射频器件组合12的位置与多个双圆极化天线单元2的位置分别一一对应设置，射频器件组合12之间通过金属带13进行隔离。
在双星双波束S频段卫星通信相控阵天线中，射频器件组合12包括第一单刀双掷开关14、双工器17、第二单刀双掷开关18、放大器芯片19、第三单刀双掷开关20、功放芯片21、右旋圆极化端口25和左旋圆极化端口26；右旋圆极化端口25的接收信号端与双圆极化天线单元2的右旋圆极化信号输出端相连接，右旋圆极化端口25的信号输出端与第二单刀双掷开关18的第1信号输入端相连接；左旋圆极化端口26的一端与双圆极化天线单元2的右旋圆极化信号输入输出端相连接，左旋圆极化端口26的另一端与第一单刀双掷开关14的信号总口相连接；第一单刀双掷开关14的第1信号口与第三单刀双掷开关20的第1信号输出口相连接，第一单刀双掷开关14的第2信号口与双工器17的信号总口相连接；双工器17的信号输出口与第二单刀双掷开关18的第2信号输入端相连接，双工器17的信号输入口与第三单刀双掷开关20的第2信号输出口相连接；第二单刀双掷开关18的信号总口与放大器芯片19的信号输入端相连接；第三单刀双掷开关20的信号总口与功放芯片21的信号输出端相连接；放大器芯片19的信号输出端和功放芯片21的信号输出端分别与收发馈电网络6相连接。
在双星双波束S频段卫星通信相控阵天线中在射频电路层5的侧面设置有散热齿4。收发馈电网络6为由接收网络层和发射网络层组成的层叠结构。收发馈电网络6的接收信号端口22与放大器芯片19的信号输出端相连接，并通过接收射频总口7与接收设备连接；收发馈电网络6的发射信号端口23与功放芯片21的信号输入端相连接，通过发射射频总口8与发射设备连接。
在双星双波束S频段卫星通信相控阵天线中，射频器件组合12还包括第一滤波器15和第二滤波器16；右旋圆极化端口25的信号输出端与第一滤波器15的输入端相连接，第一滤波器15的输出端与第二单刀双掷开关18的第1信号输入端相连接；第一单刀双掷开关14的第1信号口与第二滤波器16的输出端相连接，第二滤波器16的输入端与第三单刀双掷开关的第1信号输出口相连接。
在双星双波束S频段卫星通信相控阵天线中，波控与供电板9包括微波电路板和上面与组件相连接的表贴式控制与供电一体化接口24、以及具有综合处理功能的芯片25。在波控与供电板9的一侧设置控制与电源总口10以及它的备份接口11，形式为扁式或者柱式连接器，可进行控制信号以及电流的传输。
工作原理
该发明在进行工作时，首先根据指令选择需要跟中继卫星还是大S卫星进行通信。
与中继卫星通信的工作原理如下所述：
该发明在进行信号接收时，根据天线系统所处的地理位置、平台姿态等信息，计算出所需的波束指向角。来自卫星的信号首先经过双圆线极化天线单元进行接收，其中右旋圆极化信号直接进入接收通道，并经由开关切换至中继的接收频率，并进入滤波器、低噪放、移相器、衰减器等进行信号的放大、移相和衰减，并进入合成网络进行信号合成。
而发射信号时，信号由发射机发出，经过馈电网络对信号进行分配，进入每一路的射频通道，进行信号放大、衰减、移相等，而后经过开关进行信号选择至中继的发射频率，经过其滤波器，在通过后一级的开关进行选择，最终由天线左旋圆极化端口辐射出去。
与大S卫星通信器原理如下所述：
该发明在进行信号接收时，根据天线系统所处的地理位置、平台姿态等信息，计算出所需的波束指向角。来自卫星的信号首先经过双圆线极化天线单元进行接收，其中左旋圆极化信号进入开关，进行大S卫星收发信号的频率选择，将其与中继频率分开，并进入双工器进行收发信号频率分开，接收信号进入开关后，经由滤波器、低噪放、移相器、衰减器等进行信号的放大、移相和衰减，并进入合成网络进行信号合成。
而发射信号时，信号由发射机发出，经过馈电网络对信号进行分配，进入每一路的射频通道，进行信号放大、衰减、移相等，而后经过开关进行信号选择至大S的发射频率，经过双工器，后一级开关进行选择，最终由天线左旋圆极化端口辐射出去。

Claims (6)

1.一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线，包括自上到下依次排布的双圆极化天线阵列、射频电路层(5)、收发馈电网络(6)和波控与供电板(9)，所述的双圆极化天线阵列由多个双圆极化天线单元(2)组成，其特征在于：所述的射频电路层(5)由多个射频器件组合(12)组成，多个射频器件组合(12)的位置与多个双圆极化天线单元(2)的位置分别一一对应设置，射频器件组合(12)之间通过金属带(13)进行隔离。
2.根据权利要求1所述的一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线，其特征在于：所述的射频器件组合(12)包括第一单刀双掷开关(14)、双工器(17)、第二单刀双掷开关(18)、放大器芯片(19)、第三单刀双掷开关(20)、功放芯片(21)、右旋圆极化端口(25)和左旋圆极化端口(26)；右旋圆极化端口(25)的接收信号端与双圆极化天线单元(2)的右旋圆极化信号输出端相连接，右旋圆极化端口(25)的信号输出端与第二单刀双掷开关(18)的第1信号输入端相连接；左旋圆极化端口(26)的一端与双圆极化天线单元(2)的右旋圆极化信号输入输出端相连接，左旋圆极化端口(26)的另一端与第一单刀双掷开关(14)的信号总口相连接；第一单刀双掷开关(14)的第1信号口与第三单刀双掷开关(20)的第1信号输出口相连接，第一单刀双掷开关(14)的第2信号口与双工器(17)的信号总口相连接；双工器(17)的信号输出口与第二单刀双掷开关(18)的第2信号输入端相连接，双工器(17)的信号输入口与第三单刀双掷开关(20)的第2信号输出口相连接；第二单刀双掷开关(18)的信号总口与放大器芯片(19)的信号输入端相连接；第三单刀双掷开关(20)的信号总口与功放芯片(21)的信号输出端相连接；放大器芯片(19)的信号输出端和功放芯片(21)的信号输出端分别与收发馈电网络(6)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线，其特征在于：在射频电路层的侧面设置有散热齿(4)。
4.根据权利要求3所述的一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线，其特征在于：所述的收发馈电网络(6)为由接收网络层和发射网络层组成的层叠结构。
5.根据权利要求4所述的一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线，其特征在于：所述的收发馈电网络(6)的接收信号端口(22)与放大器芯片(19)的信号输出端相连接，收发馈电网络(6)的发射信号端口(23)与功放芯片(21)的信号输入端相连接。
6.根据权利要求2所述的一种双星双波束S频段卫星通信相控阵天线，其特征在于：所述的射频器件组合(12)还包括第一滤波器(15)和第二滤波器(16)；右旋圆极化端口(25)的信号输出端与第一滤波器(15)的输入端相连接，第一滤波器(15)的输出端与第二单刀双掷开关(18)的第1信号输入端相连接；第一单刀双掷开关(14)的第1信号口与第二滤波器(16)的输出端相连接，第二滤波器(16)的输入端与第三单刀双掷开关的第1信号输出口相连接。
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