CN112367093A - 一种相控阵接收射频网络与系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种相控阵接收射频网络与系统，涉及相控阵天线技术领域。该相控阵接收射频网络包括低噪声场效应管、SOC芯片、馈电网络以及射频连接器，SOC芯片与低噪声场效应管连接，馈电网络分级设置，且馈电网络的第一级与SOC芯片连接，馈电网络的输出端与射频连接器相连；其中，低噪声场效应管用于将接收到的射频信号传输至SOC芯片，SOC芯片用于通过馈电网络将射频信号传输至射频连接器，射频连接器用于将射频信号上传至处理单元，其中，处理单元用于对射频信号进行处理。本申请提供的相控阵接收射频网络与系统具有噪声低，提升了天线性能的优点。
Description
技术领域
本申请涉及相控阵天线技术领域，具体而言，涉及一种相控阵接收射频网络与系统。
背景技术
近年来随着民商用高通量卫星通信行业的迅猛发展，对接收有源相控阵天线G/T（G为接收天线增益，T为表示接收系统噪声性能的等效噪声温度）等技术指标提出了更高的要求。通常情况下，接收相控阵天线的口径越大、噪声系数越低，G/T值就越大，天线的性能也就越好。但在满足天线口径的前提下，目前的PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）工艺无法实现如此大尺寸的多层板加工。
为了同时满足口径及工艺的要求，传统的技术方案是将接收相控阵天线做成矩形可拼接的形式，这样就可以将几块天线板拼接起来，来实现接收天线的大口径。
然而，这种射频网络技术方案只解决了口径问题，并不能降低噪声系数，仍存在噪声系数偏高的问题。
综上，现有的射频网络技术方案存在噪声系数较高的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种相控阵接收射频网络与系统，以解决现有技术中射频网络技术方案存在的噪声系数较高的问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种相控阵接收射频网络，所述相控阵接收射频网络包括低噪声场效应管、SOC芯片、馈电网络以及射频连接器，所述SOC芯片与所述低噪声场效应管连接，所述馈电网络分级设置，且所述馈电网络的第一级与所述SOC芯片连接，所述馈电网络的输出端与所述射频连接器相连；其中，
所述低噪声场效应管用于将接收到的射频信号传输至所述SOC芯片；
所述SOC芯片用于通过所述馈电网络将所述射频信号传输至所述射频连接器；
所述射频连接器用于将所述射频信号上传至处理单元，其中，所述处理单元用于对所述射频信号进行处理。
可选地，所述馈电网络包括前级馈电网络与最后一级馈电网络，所述前级馈电网络的输入端与所述SOC芯片连接，所述前级馈电网络的输出端与所述最后一级馈电网络的输入端连接，所述最后一级馈电网络的输出端与所述射频连接器相连；其中，
所述前级馈电网络均为1:1等比功分网络，所述最后一级馈电网络为1：2功分网络。
可选地，所述相控阵接收射频网络还包括电路板，所述低噪声场效应管、SOC芯片以及所述馈电网络均集成于所述电路板。
可选地，所述电路板包括矩形电路板，所述馈电网络包括第一子网络、第二子网络以及第三子网络，所述第一子网络、所述第二子网络以及所述第三子网络沿纵向依次排列于所述电路板，其中，所述第二子网络与所述第三子网络通过倒数第二级馈电网络连接，所述第一子网络通过最后一级馈电网络与所述第二子网络、所述第三子网络连接；其中，所述最后一级馈电网络指与所述射频连接器连接的馈电网络，所述倒数第二级馈电网络指与所述最后一级馈电网络连接的馈电网络。
可选地，所述第二子网络、所述第三子网络分别关于各自的横向中心线与纵向中心线对称。
可选地，每个所述SOC芯片均对应多个低噪声场效应管，每个所述SOC芯片均包括多条数据传输通道，所述数据传输通道的数量与所述低噪声场效应管的数量相同，且每条所述数据传输通道均与一低噪声场效应管连接。
可选地，所述低噪声场效应管为管芯型低噪声场效应管，所述相控阵接收射频网络还包括匹配电路，每个所述低噪声场效应管均与一匹配电路连接。
可选地，所述相控阵接收射频网络还包括驱动放大芯片，所述驱动放大芯片与所述馈电网络连接，所述驱动放大芯片用于对所述射频信号进行放大。
另一方面，本申请实施例还提供了一种相控阵接收射频系统，所述相控阵接收射频系统包括多个上述的相控阵接收射频网络。
相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种相控阵接收射频网络与系统，相控阵接收射频网络包括低噪声场效应管、SOC芯片、馈电网络以及射频连接器，SOC芯片与低噪声场效应管连接，馈电网络分级设置，且馈电网络的第一级与SOC芯片连接，馈电网络的输出端与射频连接器相连；其中，低噪声场效应管用于将接收到的射频信号传输至SOC芯片，SOC芯片用于通过馈电网络将射频信号传输至射频连接器，射频连接器用于将射频信号上传至处理单元，其中，处理单元用于对射频信号进行处理。由于本申请提供相控阵接收射频网络中，在SOC芯片的前端设置有低噪声场效应管，且低噪声场效应管本身的噪声系数较小，因此通过整个接收射频网络的噪声得到明显的降低，有效地增加了天线的G/T值，大幅度地提升了天线的性能。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的相控阵接收射频网络的一种模块示意图。
图2为本申请实施例提供的相控阵接收射频网络的部分SOC芯片的分布示意图。
图3为现有技术中的相控阵接收射频网络的分布示意图。
图4为本申请实施例提供的相控阵接收射频网络的另一种模块示意图。
图5为本申请实施例提供的相控阵接收射频网络的分布示意图。
图中：100-相控阵接收射频网络；110-低噪声场效应管；120-SOC芯片；130-馈电网络；140-射频连接器；131-第一子网络；132-第二子网络；133-第三子网络。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
正如背景技术中所述，通常情况下，接收相控阵天线的口径越大、噪声系数越低，G/T值就越大，天线的性能也就越好。目前，通过将相控阵天线做成矩形可拼接的形式，就可以将几块天线板拼接起来，从而实现接收天线的大口径。
然而，目前的射频网络技术方案仅解决了口径问题，并不能降低噪声系数，因此仍存在噪声系数偏高的问题。
有鉴于此，本申请提供了一种相控阵接收射频网络，以改善上述问题。
下面对本申请提供的相控阵接收射频网络进行实例性说明：
作为一种可选的实现方式，请参阅图1，该相控阵接收射频网络100包括相控阵接收射频网络包括低噪声场效应管110、SOC芯片120（System-on-a-Chip，片上系统）、馈电网络130以及射频连接器140，SOC芯片120与低噪声场效应管110连接，馈电网络130分级设置，且馈电网络130的第一级与SOC芯片120连接，馈电网络130的输出端与射频连接器140相连；其中低噪声场效应管110能够接收通过空气传输的射频信号，并将接收到的射频信号传输至SOC芯片120，SOC芯片120能够通过馈电网络130将射频信号传输至射频连接器140，进而射频连接器140将射频信号上传至处理单元，处理单元用于对射频信号进行处理，最终通过该相控阵接收射频网络接收到射频信号，并由处理单元对射频信号进行处理。
现有技术中，射频网络的最前端芯片是接收SOC芯片，受CMOS工艺（SOC芯片采用CMOS工艺制成）及SOC芯片自身性质的限制，接收SOC芯片的噪声系数并不能做得很小。而本申请则在SOC芯片的前面增加了低噪声场效应管，由于低噪声场效应管本身的噪声系数很小，因此整个射频网络的噪声得到了明显的降低，有效地增加了天线的G/T值，大幅度地提高了天线的性能。
其中，本申请对低噪声场效应管的型号并不做任何限定，例如，可以采用型号为MGF1907A的低噪声场效应管。
需要说明的是，每个SOC芯片120均对应多个低噪声场效应管110，每个SOC芯片120均包括多条数据传输通道，数据传输通道的数量与低噪声场效应管110的数量相同，且每条数据传输通道均与一低噪声场效应管110连接。
一般而言，请参阅图2，SOC芯片120包括8个数据传输通道，在此基础上，本申请提供的每个SOC芯片120均分别与8个低噪声场效应管110相连，进而实现射频信号的接收。
此外，为了降低相控阵接收射频网络的成本，本申请提供的低噪声场效应管110可以为管芯型低噪声场效应管，在此基础上，相控阵接收射频网络还包括匹配电路，每个低噪声场效应管110均与一匹配电路连接。
相对于在最前端使用MMIC（Monolithic Microwave Integrated Circuit，单片微波集成电路）低噪放芯片，采用低噪声场效应管110的方案有着巨大的低成本优势。原因在于，当使用集成电路低噪放芯片时，由于其加工艺的影响，因此集成电路低噪放芯片的价格较为昂贵。而使用管芯型低噪声场效应管，并单独连接匹配电路的方式，由于管芯型低噪声场效应管的成本较低，且相关的匹配电路可以自主设计，进而能够极大的降低的成本。
并且，现有的射频网络中，存在多种不等分馈电网络，增大了设计难度和加工难度，功率分配的平衡性难以保证。例如，请参阅图3，图3中所示的现有相控阵射频网络的分布示意图，图中所示的1与2处，即表示该处为1：2功分网络；图中所示的3与2处，即表示该处为3：2功分网络；图中所示的5与4处，即表示该处为5：4功分网络。并且，通过该馈电网络接收的射频信号经RFOUT上传至处理单元，进而通过处理单元对射频信号进行处理。
可以理解地，由于存在多种不等分馈电网络，因此在设计时难度较大，功率分配的平衡性难以保证。且该射频网络中SOC芯片较为离散，占用面积并不合理。
而本申请中提供的馈电网络130中，包括前级馈电网络与最后一级馈电网络，前级馈电网络的输入端与SOC芯片120连接，前级馈电网络的输出端与最后一级馈电网络的输入端连接，最后一级馈电网络的输出端与射频连接器140相连。并且，前级馈电网络均为1:1等比功分网络，最后一级馈电网络为1：2功分网络。例如，请参阅图4，在馈电网络130中，除了在数字1与2处的馈电网络130为1:2功分网络，其余各处的馈电网络130均为1:1功分网络。
通过该设置方式，使得而本方案中除了采用了一个1:2不等分电桥，其他均为1:1等分馈电网络，降低了馈电网络130的设计难度和加工难度，功率合成的平衡性和准确性得以保证，性能得到提高。
不仅如此，作为一种实现方式，电路板包括矩形电路板，请继续参阅图4，馈电网络130包括第一子网络131、第二子网络132以及第三子网络133，第一子网络131、第二子网络132以及第三子网络133沿纵向依次排列于电路板，其中，第二子网络132与第三子网络133通过倒数第二级馈电网络130连接，第一子网络131通过最后一级馈电网络130与第二子网络132、第三子网络133连接；其中，最后一级馈电网络130指与射频连接器连接的馈电网络，倒数第二级馈电网络130指与最后一级馈电网络连接的馈电网络。可以理解地，第一子网络131、第二子网络132以及第三子网络133也包括多级馈电网络，在此不再进行赘述。
通过设置第一子网络131、第二子网络132以及第三子网络133纵向依次排列的方式，使得在电路板上的馈电网络130布局更加合理。可选的，本申请提供的电路板中，其长边置于横向，短边置于纵向方向，进而使得第一子网络131、第二子网络132以及第三子网络133并排设置，极大利用了电路板的空间。
并且，第二子网络132、第三子网络133分别关于各自的横向中心线与纵向中心线对称。
即对于第二子网络132而言，其包括横向中心线与纵向中心线，第二子网络132不仅关于横向中心线对称，也关于纵向中心线对称。同理地，第三子网络133也同样具有同样结构，在一种可能的实现方式中，第一子网络131也具有同样结构，进而使得在安装SOC芯片120时，SOC芯片120的数量能够更多，板材利用率更高。
通过在前级馈电网络130使用1:1等比功分网络，最后一级馈电网络130使用1：2功分网络，使得在满足天线单元数量与增益的同时，达到尽可能多的使用1:1等比功分网络，布局更加合理。
其中，本申请所述的1:1等比功分网络，指的是在SOC芯片120获取射频信号后，按照功率比为1:1的方式逐级进行射频信号的传输。例如，请再次参阅图2，当图示中SOC芯片A与SOC芯片B接收到射频信号后，会通过第一级馈电网络同时将数据传输至合路点C。并且，第一级馈电网络较多，如SOC芯片D与SOC芯片E也会在接收到射频信号后，通过第一级馈电网络同时将数据传输至合路点F，此时合路点C与合路点F还会组成第二级馈电网络，并将各自的射频信号传输至合路点G汇合（合路点G还与下一级馈电网络连接，图未示），依此类推，直至将射频信号传输至最后一级馈电网络。可以理解地，下一级馈电网络的数量为上一级馈电网络数量的一半，例如，第二级馈电网络的数量为第一级馈电网络数量的一半。
并且，为了实现射频信号的增强，相控阵接收射频网络还包括驱动放大芯片（图未示），驱动放大芯片与馈电网络130连接，驱动放大芯片用于对射频信号进行放大。为了使信号增强的效果更加明显，驱动放大芯片设置于射频网络的最后几级上，且本申请对驱动放大芯片的数量并不做任何限定，例如，驱动放大芯片的数量为2个，且分别位于倒数第二级馈电网络。通过该设置方式，可以使驱动放大芯片的数量较少节约成本的同时，对第二子网络132与第三子网络133合路后输出的信号及第一子网络131的输出信号均进行放大，效果更好。
除此以外，现有技术中的馈电网络存在带状线形式，因此中间层需要埋阻铜箔作为功分器的隔离电阻，埋阻铜箔本身成本高，阻值误差范围大，增加成本的同时也会降低功分器的性能，且中间层的引入增加了天线板的压合次数，增大了加工复杂度，同时增加了加工成本。
而本申请提供的馈电网络130只存在微带线形式。避免了埋阻铜箔的使用，降低了成本。由于埋阻铜箔的阻值误差范围大，因此不使用埋阻铜箔同时也可以提高功合网络的性能。并且，本申请提供的射频网络由于均位于表层，因此减少了压合次数的同时，降低了加工难度和成本。此外，加工板材选用低成本、低损耗、高可靠性的M6或IT968材料，适合产品的大规模量产。
在上述实现方式的基础上，本申请还提供了一种相控阵接收射频系统，请参阅图5，该相控阵接收射频系统包括多个上述的相控阵接收射频网络，例如，该相控阵接收射频系统包括4个相控阵接收射频网络，且该4个相控阵接收射频网络由同一相控阵接收射频网络旋转生成，即当确定第一个相控阵接收射频网络后，可将该相控阵接收射频网络沿一原点旋转90°得到第二个相控阵接收射频网络，将该相控阵接收射频网络沿同一原点旋转180°得到第三个相控阵接收射频网络，将该相控阵接收射频网络沿同一原点旋转270°得到第二个相控阵接收射频网络，然后拼接形成相控阵接收射频系统。
本申请提供了一种相控阵接收射频网络与系统，相控阵接收射频网络包括低噪声场效应管、SOC芯片、馈电网络以及射频连接器，SOC芯片与低噪声场效应管连接，馈电网络分级设置，且馈电网络的第一级与SOC芯片连接，馈电网络的输出端与射频连接器相连；其中，低噪声场效应管用于将接收到的射频信号传输至SOC芯片，SOC芯片用于通过馈电网络将射频信号传输至射频连接器，射频连接器用于将射频信号上传至处理单元，其中，处理单元用于对射频信号进行处理。由于本申请提供相控阵接收射频网络中，在SOC芯片的前端设置有低噪声场效应管，且低噪声场效应管本身的噪声系数较小，因此通过整个接收射频网络的噪声得到明显的降低，有效地增加了天线的G/T值，大幅度地提升了天线的性能。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种相控阵接收射频网络，其特征在于，所述相控阵接收射频网络包括低噪声场效应管、SOC芯片、馈电网络以及射频连接器，所述SOC芯片与所述低噪声场效应管连接，所述馈电网络分级设置，且所述馈电网络的第一级与所述SOC芯片连接，所述馈电网络的输出端与所述射频连接器相连；其中，
所述低噪声场效应管用于将接收到的射频信号传输至所述SOC芯片；
所述SOC芯片用于通过所述馈电网络将所述射频信号传输至所述射频连接器；
所述射频连接器用于将所述射频信号上传至处理单元；其中，所述处理单元用于对所述射频信号进行处理。
2.如权利要求1所述的相控阵接收射频网络，其特征在于，所述馈电网络包括前级馈电网络与最后一级馈电网络，所述前级馈电网络的输入端与所述SOC芯片连接，所述前级馈电网络的输出端与所述最后一级馈电网络的输入端连接，所述最后一级馈电网络的输出端与所述射频连接器相连；其中，
所述前级馈电网络均为1:1等比功分网络，所述最后一级馈电网络为1：2功分网络。
3.如权利要求1所述的相控阵接收射频网络，其特征在于，所述相控阵接收射频网络还包括电路板，所述低噪声场效应管、SOC芯片以及所述馈电网络均集成于所述电路板。
4.如权利要求3所述的相控阵接收射频网络，其特征在于，所述电路板包括矩形电路板，所述馈电网络包括第一子网络、第二子网络以及第三子网络，所述第一子网络、所述第二子网络以及所述第三子网络沿纵向依次排列于所述电路板，其中，所述第二子网络与所述第三子网络通过倒数第二级馈电网络连接，所述第一子网络通过最后一级馈电网络与所述第二子网络、所述第三子网络连接；其中，所述最后一级馈电网络指与所述射频连接器连接的馈电网络，所述倒数第二级馈电网络指与所述最后一级馈电网络连接的馈电网络。
5.如权利要求4所述的相控阵接收射频网络，其特征在于，所述第二子网络、所述第三子网络分别关于各自的横向中心线与纵向中心线对称。
6.如权利要求1所述的相控阵接收射频网络，其特征在于，每个所述SOC芯片均对应多个低噪声场效应管，每个所述SOC芯片均包括多条数据传输通道，所述数据传输通道的数量与所述低噪声场效应管的数量相同，且每条所述数据传输通道均与一低噪声场效应管连接。
7.如权利要求1所述的相控阵接收射频网络，其特征在于，所述低噪声场效应管为管芯型低噪声场效应管，所述相控阵接收射频网络还包括匹配电路，每个所述低噪声场效应管均与一匹配电路连接。
8.如权利要求1所述的相控阵接收射频网络，其特征在于，所述相控阵接收射频网络还包括驱动放大芯片，所述驱动放大芯片与所述馈电网络连接，所述驱动放大芯片用于对所述射频信号进行放大。
9.一种相控阵接收射频系统，其特征在于，所述相控阵接收射频系统包括多个如权利要求1至8任意一项所述的相控阵接收射频网络。
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| CN112367093B (zh) | 2021-04-02 |
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