CN107230836A - C波段星载有源相控阵sar天线 - Google Patents

C波段星载有源相控阵sar天线 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种C波段星载有源相控阵SAR天线，包括：波导辐射阵面，用于辐射或接收射频信号；TR组件，用于根据选通控制信号在发射通道和接收通道中切换选通；延时组件，根据延时控制信号对天线接收和发射的射频信号进行延时补偿；激励器板，用以所述TR组件供电和提供选通控制信号、及为所述延时组件供电和提供延时控制信号；阵面电源，为所述激励器板供电，通过激励器板给TR组件和延时组件供电；及射频功分器；所述波导辐射阵面呈板面状，且作为背板安装结构；TR组件、延时组件、激励器板、阵面电源和射频功分器平铺地安装于波导辐射阵面的背面。结构紧凑、重量轻、成本小，有效地解决了星载SAR天线在轻小敏捷卫星平台应用的问题。

Description

C波段星载有源相控阵SAR天线
技术领域
本发明涉及星载有源相控阵天线技术，尤其涉及一种用于卫星SAR成像天线系统的C波段低剖面轻量化天线。
背景技术
C波段，是频率从4.0-8.0GHz的一段频带，作为通信卫星下行传输信号的频段。在卫星电视广播和各类小型卫星地面站应用中，该频段首先被采用且一直被广泛使用。合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像。
目前，在轨或在研的星载相控阵SAR天线系统集成度不高，模块功能单一。波导辐射阵面仅作为天线模块，其他的各个部件、模块、组件等都单独固定在安装结构上，而且整个剖面增加了一个安装结构的厚度。同时，各个组件与波导辐射阵面之间增加了一层热管，通过热管来散热。这使得整体天线剖面较厚且相应重量较大，需要较大的卫星来承载，成本极高，尤其无法满足未来轻小卫星和快速响应卫星对载荷的轻量化要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种C波段星载有源相控阵SAR天线，结构紧凑、重量轻、成本小，有效地解决了星载SAR天线在轻小敏捷卫星平台应用的问题。
为解决上述问题，本发明提出一种C波段星载有源相控阵SAR天线，包括：波导辐射阵面，用于辐射或接收射频信号；TR组件，用于根据选通控制信号在发射通道和接收通道中切换选通，以在发射通道下对射频信号进行配相和功率放大后传输至波导辐射阵面；延时组件，与所述TR组件通过射频网络连接，根据延时控制信号对天线接收和发射的射频信号进行延时补偿；激励器板，用以所述TR组件供电和提供选通控制信号、及为所述延时组件供电和提供延时控制信号；阵面电源，为所述激励器板供电，通过激励器板给TR组件和延时组件供电；及射频功分器，分口连接延时组件，总口连接舱内射频收发机；
所述波导辐射阵面呈板面状，且作为所述TR组件、延时组件、激励器板、阵面电源和射频功分器的背板安装结构；所述TR组件、延时组件、激励器板、阵面电源和射频功分器平铺地安装于所述波导辐射阵面的背面。
根据本发明的一个实施例，所述TR组件、延时组件、激励器板、阵面电源和射频功分器的发射面与所述波导辐射阵面的背面直接贴合，以将所述波导辐射阵面作为热沉。
根据本发明的一个实施例，所述波导辐射阵面中的每根脊波导的波导脊内灌封相变材料，以改善波导辐射阵面作为热沉的热容量。
根据本发明的一个实施例，还包括板载转接板，平铺形成于所述波导辐射阵面的背面；所述TR组件位于所述板载转接板的一旁，从所述板载转接板的侧边插接所述板载转接板，以实现与所述波导辐射阵面的直插互连。
根据本发明的一个实施例，延时组件还与所述TR组件通过定标网络连接；还包括定标功分器，分口通过定标网络连接延时组件，总口连接舱内射频收发机，合成一路定标信号以对接收的射频信号定标。
根据本发明的一个实施例，所述激励器板为多层集成板，所述射频网络与定标网络均集成在所述激励器板上。
根据本发明的一个实施例，所述TR组件以直插的方式连接所述激励器板且与所述射频网络、定标网络电连接。
根据本发明的一个实施例，所述波导辐射阵面包括若干页，每页波导辐射阵面包括若干天线子阵，每个天线子阵包括一组天线单元，每个天线单元对应连接一TR组件，每组TR组件通过射频网络或定标网络连接于一个延时组件，每页波导辐射阵面上的全部延时组件连接于一个射频功分器或定标功分器的各个分口。
根据本发明的一个实施例，所述射频功分器或定标功分器安装于每页波导辐射阵面的中间天线子阵的边缘位置处，通过电缆连接各延时组件。
根据本发明的一个实施例，还包括框架，以窗框形式固定在各个天线子阵的边缘，且将相邻的天线子阵连接成一体。
采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：
天线的各模块、单机、部组件以波导辐射阵面作为安装背板进行安装，使天线子阵兼作为结构安装板，免去了额外的安装结构，减轻了载荷重量，采用平铺式安装，实现了天线的低剖面特性，可实现大收纳比、大幅减轻天线重量的目的，大大降低了卫星成本，完全适应了未来小卫星和快速响应卫星平台对天线载荷的要求；
波导阵面除具有天线收发电磁波功能外，还兼作为结构安装背板，同时集成了热沉的功能，实现一物多用以综合减重；
天线的T/R组件通过板载转接板采用直插方式与板载转接板互联，避免了该部分电缆的使用，减轻了总重量和成本。
附图说明
图1为本发明一实施例的一页C波段星载有源相控阵SAR天线的结构示意图；
图2为图1的一页C波段星载有源相控阵SAR天线的结构示意图；
图3为本发明一实施例的多页C波段星载有源相控阵SAR天线折叠收纳状态的结构示意图。
图中标记说明：
1-波导辐射阵面，2-TR组件，3-激励器板，4-延时组件，5-阵面电源，6-射频功分器，7-定标功分器，8-框架。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参看图1和图2，在一个实施例中，C波段星载有源相控阵SAR天线包括：波导辐射阵面1，TR(Transmitter and Receiver)组件2，延时组件4，激励器板3，阵面电源5和射频功分器6。
波导辐射阵面1用于辐射或接收射频信号。当天线发射时，波导辐射阵面1用于辐射电磁波(即射频信号)；当天线接收时，波导辐射阵面1用于接收电磁波(即射频信号)。
TR组件2用于根据选通控制信号在发射通道和接收通道中切换选通，以在发射通道下对射频信号进行配相和功率放大后传输至波导辐射阵面。当用于发射时，TR组件2切换到发射通道，将射频信号进行配相和功率放大后，送至波导辐射阵面1天线单元；当用于接收时，TR组件对波导辐射阵面1天线单元接收的微弱射频信号进行功率放大。选通控制信号由激励器板提供。
延时组件4与TR组件2之间通过射频网络连接，根据延时控制信号对波导辐射阵面1接收和发射的射频信号进行延时补偿。延时控制信号由激励器板3提供。射频网络用语传递接收和发射时的射频信号。
激励器板3用以TR组件2供电和提供选通控制信号、及为延时组件4供电和提供延时控制信号。激励器板3即激励器构造成为电路板件的形状。阵面电源为激励器板3供电，通过激励器板3给TR组件2和延时组件4供电。
射频功分器6的分口连接延时组件4，总口连接舱内射频收发机。将舱内射频收发机输出的待发射的射频信号能量分成两路或多路输出至天线单元，也可反过来将天线单元接收的多路射频信号能量合成一路输出。
波导辐射阵面1呈板面状，且作为TR组件2、延时组件4、激励器板3、阵面电源5和射频功分器6的背板安装结构。TR组件2、延时组件4、激励器板3、阵面电源5和射频功分器6平铺地安装于波导辐射阵面1的背面。各个部件可以通过螺钉将其固定在波导辐射阵面1的背面上。
平铺安装就是在现有的结构面积内，将各个部件的最薄的切面与安装面垂直，并且各个部件在垂直方向上不叠加，在合理布局下尽量紧凑，这样使得整个波导辐射阵面的剖面非常低。
天线的各模块、单机、部组件以波导辐射阵面1作为安装背板进行安装，使天线子阵兼作为结构安装板，免去了额外的安装结构，减轻了载荷重量，采用平铺式安装，实现了天线的低剖面特性，可实现大收纳比、大幅减轻天线重量的目的，大大降低了卫星成本，完全适应了未来小卫星和快速响应卫星平台对天线载荷的要求。
优选的，TR组件2、延时组件4、激励器板3、阵面电源4和射频功分器6的发射面与波导辐射阵面1的背面直接贴合，以将波导辐射阵面1作为热沉。波导辐射阵面1除具有天线收发电磁波功能外，还兼作为结构安装背板，同时集成了热沉的功能，实现一物多用以综合减重。
优选的，波导辐射阵面1中的每根脊波导的波导脊内灌封相变材料，以改善波导辐射阵面1作为热沉的热容量，增强散热性能，可以免去热管等其他散热器的安装，使得重量更轻，成本更小。
在一个实施例中，C波段星载有源相控阵SAR天线还可以包括板载转接板。板载转接板平铺形成于波导辐射阵面1的背面。TR组件2位于板载转接板的一旁，TR组件2从板载转接板的侧边插接板载转接板，以实现与波导辐射阵面1的直插互连。天线的T/R组件2通过板载转接板采用直插方式与板载转接板互联，避免了该部分电缆的使用，减轻了总重量和成本。
在一个实施例中，延时组件还与TR组件2通过定标网络连接。C波段星载有源相控阵SAR天线还可以包括定标功分器7，定标功分器7的分口通过定标网络连接延时组件4，总口连接舱内射频收发机，合成一路定标信号输至舱内射频收发机以对接收的射频信号定标。定标功分器7用来定标射频信号，在每次使用前作为基准信号使用，天线单元耦合出的射频信号在延时补偿后通过射频功分器6合成，天线单元的定标信号在延时补偿后通过定标功分器7进行合成。定标网络用于传递用于定标的耦合射频信号，可以是传输线的形式，结构具体不限。
优选的，激励器板3为多层集成板，射频网络与定标网络均集成在激励器板3上。激励器板3通过PCB板多层集成的方式，将第一级的射频网络与定标网络集成，以节省大量的互联电缆，实现减重和降成本的目的。
优选的，TR组件2以直插的方式连接激励器板3且与射频网络、定标网络电连接。激励器板3采用直插方式与TR组件互联，大大减少了互联电缆的数量，进而实现减重和降成本的目的。
在一个实施例中，参看图1和图3，波导辐射阵面1包括若干页，每页波导辐射阵面1包括若干天线子阵，每个天线子阵包括一组天线单元，每个天线单元对应连接一TR组件2，每组TR组件2通过射频网络或定标网络连接于一个延时组件4，每页波导辐射阵面1上的全部延时组件连接于一个射频功分器6或定标功分器7的各个分口。
在一个具体实施例中，整个天线口径6m×1.2m，全天线分为5页，在图3中显示了3页，发射时，各页天线通过折叠收纳在星体两侧及底面上以实现高收纳率，入轨后通过展开机构展开。图1是其中的1页天线，每页天线的十分之一为一天线子阵，具有一组16个天线单元，两个天线子阵相对排布形成一排，再并排排成一页波导辐射阵面1，两个天线子阵共用一延时组件4、阵面电源5。每个天线单元耦合出一路射频信号，8个天线单元耦合出的射频信号先合成一路，再将同组两个8路天线单元的两路定标信号耦合成一路，接入定标功分器7的一个分口上，定标功分器7具有十个分口分别连接十路合成的定标信号。射频功分器6也是同理。
优选的，射频功分器6或定标功分器7安装于每页波导辐射阵面1的中间天线子阵的边缘位置处，通过电缆连接各延时组件4。射频功分器6和定标功分器7每页天线均有一个，通过电缆连接各个延时组件4时，可以保证整体电缆所走距离最短。
在一个实施例中，C波段星载有源相控阵SAR天线还可以包括框架8。框架8以窗框形式固定在各个天线子阵的边缘，且将相邻的天线子阵连接成一体，每页天线的各个天线子阵可以共用一个框架8。框架8可以保证阵面的平整度和整个结构结实。天线剖面高度可以为40mm，参看图2，剖面方向上主要为波导辐射阵面1及用来加固的框架8。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，包括：波导辐射阵面，用于辐射或接收射频信号；TR组件，用于根据选通控制信号在发射通道和接收通道中切换选通，以在发射通道下对射频信号进行配相和功率放大后传输至波导辐射阵面；延时组件，与所述TR组件通过射频网络连接，根据延时控制信号对天线接收和发射的射频信号进行延时补偿；激励器板，用以所述TR组件供电和提供选通控制信号、及为所述延时组件供电和提供延时控制信号；阵面电源，为所述激励器板供电，通过激励器板给TR组件和延时组件供电；及射频功分器，分口连接延时组件，总口连接舱内射频收发机；
所述波导辐射阵面呈板面状，且作为所述TR组件、延时组件、激励器板、阵面电源和射频功分器的背板安装结构；所述TR组件、延时组件、激励器板、阵面电源和射频功分器平铺地安装于所述波导辐射阵面的背面。
2.如权利要求1所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，所述TR组件、延时组件、激励器板、阵面电源和射频功分器的发射面与所述波导辐射阵面的背面直接贴合，以将所述波导辐射阵面作为热沉。
3.如权利要求2所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，所述波导辐射阵面中的每根脊波导的波导脊内灌封相变材料，以改善波导辐射阵面作为热沉的热容量。
4.如权利要求1所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，还包括板载转接板，平铺形成于所述波导辐射阵面的背面；所述TR组件位于所述板载转接板的一旁，从所述板载转接板的侧边插接所述板载转接板，以实现与所述波导辐射阵面的直插互连。
5.如权利要求1所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，延时组件还与所述TR组件通过定标网络连接；还包括定标功分器，分口通过定标网络连接延时组件，总口连接舱内射频收发机，合成一路定标信号以对接收的射频信号定标。
6.如权利要求5所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，所述激励器板为多层集成板，所述射频网络与定标网络均集成在所述激励器板上。
7.如权利要求6所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，所述TR组件以直插的方式连接所述激励器板且与所述射频网络、定标网络电连接。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，所述波导辐射阵面包括若干页，每页波导辐射阵面包括若干天线子阵，每个天线子阵包括一组天线单元，每个天线单元对应连接一TR组件，每组TR组件通过射频网络或定标网络连接于一个延时组件，每页波导辐射阵面上的全部延时组件连接于一个射频功分器或定标功分器的各个分口。
9.如权利要求8所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，所述射频功分器或定标功分器安装于每页波导辐射阵面的中间天线子阵的边缘位置处，通过电缆连接各延时组件。
10.如权利要求8所述的C波段星载有源相控阵SAR天线，其特征在于，还包括框架，以窗框形式固定在各个天线子阵的边缘，且将相邻的天线子阵连接成一体。
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