CN112332111A - 一种双圆极化可扩展有源子阵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双圆极化可扩展有源子阵，包括天线模块、射频模块、电源模块和控制模块；天线模块由收发天线单元组成，收发天线单元包括8×8接收天线和8×8发射天线，收发天线单元为双圆极化，分为左旋圆极化和右旋圆极化；所述射频模块包括射频馈线和芯片，射频馈线为带状线结构的一分十六功分器，芯片包括接收芯片和发射芯片，接收芯片和发射芯片均具有八个通道；天线模块通过垂直互联结构连接到射频模块；所述电源模块用于系统供电、电源转换和电源管理；所述控制模块芯片用于对每个通道的信号进行分配。本发明有源子阵，可以单独使用，也可以作为系统一起使用，收发有源子阵可以根据不同的客户需求，拼接组装成任意规模的大阵。

Description

一种双圆极化可扩展有源子阵
技术领域
本发明涉及相控阵天线领域，具体涉及一种双圆极化可扩展有源子阵。
背景技术
相控阵天线是一种通过馈电网络调整阵列天线各单元通道的馈电相位来改变天线波束指向和波束形状的技术。相控阵天线已引入各种动中通或者静中通系统，随着相控阵天线的逐渐应用更广泛，相控阵技术也向更高的集成度、更轻薄的尺寸、更低的成本方向发展，探索全新的相控技术途径来开发新型相控阵列天线，采用新材料、新工艺来进一步降低成本，但是在追求低成本的同时，相控阵天线的可生产性和通用性也是研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种双圆极化可扩展8×8有源子阵，根据不同场景需求，可拼接拓展为任意大阵，有较宽的工作带宽，阵列中单元之间的隔离度高，在大角度扫描时在各个剖面增益下降少，子阵天线模块与射频模块高度集成，具有低剖面、低成本、低功耗等特点。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明一种双圆极化可扩展有源子阵，包括天线模块、射频模块、电源模块和控制模块；
所述天线模块由收发天线单元组成，收发天线单元包括8×8接收天线和8×8发射天线，所述收发天线单元为双圆极化，分为左旋圆极化和右旋圆极化，可任意切换；
天线模块通过垂直互联结构连接到射频模块；所述射频模块包括射频馈线和芯片，射频馈线为带状线结构的一分十六功分器，所述芯片包括接收芯片和发射芯片，所述接收芯片和发射芯片均具有八个通道，四个通道接左旋圆极化，另外四个接右旋圆极化，能合理的利用空间资源，收发芯片每个通道可以单独供电，如工作在左旋极化时，左旋通道供电，右旋通道断电；接收芯片每个通道都具有调相功能、调整幅度功能、低噪声放大功能、功率放大功能；
所述电源模块用于系统供电、电源转换和电源管理；负责给天线模块和射频模块供电；
所述控制模块芯片用于对每个通道的信号进行分配，实现收发通道移相、衰减放大等功能，实现相控阵天线实现波束合成、扫描等功能，也可以通过算法对相位和幅度加权，实现想要的波束宽度或者副瓣。
本发明的8×8收发天线有源子阵可以单独使用，也可以作为系统一起使用，根据不同的客户需求，可以拼接组装成任意规模的大阵，也可以通过增加或减少标准模块的数量，来获得不同宽度的波束和不同大小的增益，以适应不同平台的使用。
所述收发天线单元包括主辐射贴片、从辐射贴片、T型带状线馈电结构、耦合缝隙，信号通过射频模块达到T型带状线馈电结构，然后经过耦合缝隙到辐射贴片辐射到外部空间；从辐射贴片和主辐射贴片周围设置有相连的金属条框和金属化过孔，能增大单元之间的隔离度，并且在±60°大角度扫描时增益下降较少，收发天线单元内两个极化之间设置有隔离孔，可以便于提高左右旋之间的隔离度；收发天线单元周围开设有地孔，可以提高阵列中单元之间的隔离度，减小有源驻波。
收发天线单元为单馈点圆极化，且都可实现左旋圆极化和右旋圆极化，即收发通道在使用时有一半通道是关闭的，相对来说可以减小整机功耗；如发射天线工作在左旋圆极化时，右旋圆极化对应的通道是关闭的。
收发天线单元与射频馈线之间、射频馈线与芯片之间、芯片与模块对外接口之间均通过垂直互联结构相连。
耦合缝隙的形状为H型或直线型。
每四个收发天线单元采用旋转馈电方式布阵，四单元之间形成90°相位差，以增加阵列轴比带宽。
所述有源子阵由多层微波板混压而成，具体包括天线层、射频转换层、控制层、电源层、功分器层、表层微带和芯片，具有低剖面、低成本、低功耗等特点。
垂直互联结构外周围设置有屏蔽孔，防止信号在介质层间泄露。
一分十六功分器的每组分路之间设有隔离埋阻，可以提高分路之间的隔离度。
一种矩形阵列，由多个有源子阵拼接而成。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种双圆极化可扩展有源子阵，收发天线单元具有宽工作频带、宽波束的特点，收发天线都为双圆极化，两极化之间有高隔离度，并且收发左右旋极化可切换；
2、本发明一种双圆极化可扩展有源子阵，收发单元周围有金属条框和金属化过孔，能增大单元之间的隔离度，并且在大角度扫描±60°时增益下降较少；
3、本发明一种双圆极化可扩展有源子阵，可以单独使用，也可以作为系统一起使用，收发有源子阵可以根据不同的客户需求，拼接组装成任意规模的大阵。
4、本发明一种双圆极化可扩展有源子阵，利用多层板压合技术，把天线和TR集成在一起，有效降低了整机成本。
5、本发明一种双圆极化可扩展有源子阵，整机具有低功耗的特点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明信号收发示意图；
图2为多层微波板层压示意图；
图3为四单元旋转馈电示意图；
图4为64单元阵面示意图；
图5为64单元扩展阵列示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-天线层，2-射频转换层，3-控制层，4-电源层，5-功分器层，6-表层微带，7-芯片，101-主辐射贴片，102-从辐射贴片，103-T型带状线馈线，104-耦合缝隙，105-隔离孔，106-金属条框，107-金属化过孔，108-垂直互联结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明天线模块信号收发结构示意图，接收工作在k频段，发射工作在ka频段，其工作原理如下：
信号通过射频连接器进入，再经过一分十六功分器达到芯片，芯片每个通道由垂直互联结构进入转接层，再由转接层通过垂直互联达到天线带状线馈电层，最后信号由耦合缝隙到辐射贴片辐射到外部空间。波控输入每个角度的参数信息，快速解算出每个通道的幅相值，发送到波束形成的寄存器中，形成波束扫描。
如图2所述，收发有源子阵多层微波板具体包含天线层1、射频转换层2、控制层3、电源层4、功分器层5、表层微带6及芯片7。
天线层主要由天线收发单元组成，接收单元和发送单元的天线频率不同，尺寸不同，结构基本相同；收发天线单元组成有：主辐射贴片101和从辐射贴片102、T型带状线馈线103、直线型或者H型耦合缝隙104、两个极化之间的隔离孔105、收发天线单元周围的金属条框106、收发天线单元周围的金属化过孔107、垂直互联结构108。
图3为接收天线四单元旋转布阵，由逆时针旋转看，左旋相邻端口间相位差90°，右旋相邻端口间相差-90°，这样布阵可以优化轴比带宽。
如图4为接收阵列64单元有源子阵的阵面示意图，是按图3中的旋转布阵方式，扩展为64阵元即8×8，其中相邻单元间距为接收中心频点对应波长的二分之一。
图5为由64单元有源子阵扩展而得的大的矩形阵列。
本发明的64单元有源子阵模块可以看做是一个器件，能够灵活的拼接任意形式或者规模的大阵列，使得相控阵天线不再定制化，提高了可生产性和通用性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，包括天线模块、射频模块、电源模块和控制模块；
所述天线模块由收发天线单元组成，收发天线单元包括8×8接收天线和8×8发射天线，所述收发天线单元为双圆极化，分为左旋圆极化和右旋圆极化；
所述射频模块包括射频馈线和芯片，射频馈线为带状线结构的一分十六功分器，所述芯片包括接收芯片和发射芯片，所述接收芯片和发射芯片均具有八个通道，四个通道接左旋圆极化，另外四个接右旋圆极化；天线模块通过垂直互联结构连接到射频模块；
所述电源模块用于系统供电、电源转换和电源管理；
所述控制模块芯片用于对每个通道的信号进行分配。
2.根据权利要求1所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，所述收发天线单元包括主辐射贴片、从辐射贴片、T型带状线馈电结构、耦合缝隙，信号通过射频模块达到T型带状线馈电结构，然后经过耦合缝隙到辐射贴片辐射到外部空间；从辐射贴片和主辐射贴片周围设置有相连的金属条框和金属化过孔，收发天线单元两个极化之间设置有隔离孔。
3.根据权利要求1所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，收发天线单元为单馈点圆极化，且都可实现左旋圆极化和右旋圆极化。
4.根据权利要求1所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，收发天线单元与射频馈线之间、射频馈线与芯片之间、芯片与模块对外接口之间均通过垂直互联结构相连。
5.根据权利要求2所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，耦合缝隙的形状为H型或直线型。
6.根据权利要求1所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，每四个收发天线单元采用旋转馈电方式布阵，四单元之间形成90°相位差。
7.根据权利要求1所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，所述有源子阵由多层微波板混压而成，具体包括天线层、射频转换层、控制层、电源层、功分器层、表层微带和芯片。
8.根据权利要求1所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，垂直互联结构外周围设置有屏蔽孔。
9.根据权利要求1所述的一种双圆极化可扩展有源子阵，其特征在于，一分十六功分器的每组分路之间设有隔离埋阻。
10.一种矩形阵列，其特征在于，由多个根据权利要求1-9任一所述的一种双圆极化可扩展有源子阵拼接而成。
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