CN112382862A

CN112382862A - 一种瓦片式多波束相控阵天线

Info

Publication number: CN112382862A
Application number: CN202110052798.4A
Authority: CN
Inventors: 王树庆; 雍政
Original assignee: Sichuan SIP Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Sichuan SIP Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2041-01-15
Also published as: CN112382862B

Abstract

一种瓦片式多波束相控阵天线，包括：天线阵面和TR组件以及天线罩。天线阵面包括天线和天线安装板，天线阵面包含25个天线单元，天线对应每个天线单元均具有发射射频口和接收射频口，每个天线单元均具有两种极化方式。TR组件包括壳体，壳体顶部设有接收电路板以及多块转接电路板，底部设有发射电路板，接收电路板与转接电路板连接，发射电路板与接收电路板连接。每块转接电路板均连接有波束输出接头，发射电路板连接有多个波束输入接头，接收电路板连接有低频连接器。发射电路板与天线通过连接组行连接。具有多个波束，瓦片式结构体积小，可同时跟多个卫星进行通信，减少了系统成本，具有很强的实用性。

Description

一种瓦片式多波束相控阵天线

技术领域

本发明属于卫星通信领域，尤其涉及一种瓦片式多波束相控阵天线。

背景技术

人们对卫星通信要求的不断提高，促进了卫星通信技术的不断发展，如何提高卫星通信的容量和效率一直是该领域研究的主要问题之一，通过在卫星上使用多波束相控阵天线是解决这个问题的一种重要手段。多波束相控阵天线是利用一副天线产生多个波束。它可以通过频率复用，成倍地提高通信容量，节约频谱资源。由于使用窄波束，使其具有很高的增益，同时多波束相控阵天线还可根据需要产生扫描波束，进行波束的重新组合，从而使系统具有很大的灵活性。因此设计一种具有多波束的相控阵天线时非常有必要的。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种瓦片式多波束相控阵天线。具有多个波束，并且设计为瓦片式结构，比传统的砖块式、单波束相控阵天线体积更小，且波束更多，可同时跟多个卫星进行通信，大大的减少了系统成本，具有很强的工程实用性。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种瓦片式多波束相控阵天线，包括：天线阵面和TR组件以及天线罩。

天线阵面包括天线和天线安装板，所述天线采用三角布阵的方式组成，天线阵面包含25个天线单元，所述天线对应每个所述天线单元均具有发射射频口和接收射频口各一个，每个所述天线单元均具有左旋圆极化和右旋圆极化两种极化方式对应信号的发射和接收。

TR组件包括壳体，所述壳体顶部与底部均具有腔体，顶部腔体内设有接收电路板以及多块转接电路板，底部腔体设有发射电路板，接收电路板与所述转接电路板连接，所述发射电路板与所述接收电路板通过射频玻珠实现垂直互联。

每块所述转接电路板均连接有多个波束输出接头，所述发射电路板连接有多个波束输入接头，所述接收电路板连接有低频连接器。

发射电路板对应所述发射射频口和接收射频口均分别设有输出接口以及输入接口，所述发射射频口与输出接口之间以及接收射频口与输入接口之间均通过连接组件进行连接。

进一步的，所述壳体对应所述转接电路板均设有独立的安装腔，所述安装腔均设有内盖板。

进一步的，所述转接电路板设有两块，所述波束输入接头设有两个。

进一步的，所述连接组件包括一对射频连接器以及一个射频转接器，所述发射射频口、所述接收射频口、所述输出接口以及所述输入接口内均设有射频连接器，所述射频转接器用于连接所述射频连接器。

进一步的，所述壳体顶部设有盖板，底部设有底板，所述底板与所述发射电路板之间设有隔离板，所述隔离板对应所述天线单元均具有屏蔽腔。

进一步的，所述壳体对应每个所述天线单元均设有环形凸缘，所述盖板与所述接收电路板对应所述环形凸缘的位置均加工有避让孔，用于所述环形凸缘间隙穿过。

进一步的，所述波束输出接头与所述波束输入接头以及所述低频连接器均设于所述壳体侧壁。

进一步的，所述接收电路板与所述发射电路板对应所述天线单元均设有25个通道，所述通道均设有滤波放大电路、数控移相电路、电源调制电路和功分器。

进一步的，所述壳体、内盖板、盖板、底板以及隔离板均采用防锈铝合金制作，所述壳体、发射射频口、接收射频口、输出接口以及输入接口的内表面均涂镀金层或银层。

进一步的，所述波束输出接头采用铅锡丝与转接电路板焊接连接，所述低频连接器的针脚通过导线与所述接收电路板焊接连接，所述接收电路板与所述转接电路板通过射频电缆焊接连接。

本发明的有益效果在于：

1、通过设计双极化的天线并采用三角布阵的方式分布，包含4个波束，从而提高天线的性能；

2、具有良好的屏蔽效果，发射电路板通过隔离板针对每组天线单元均形成有屏蔽腔，壳体顶面也设置有盖板增加屏蔽效果，同时将与发射电路板连接的射频连接器安装于环形凸缘内，利用环形凸缘形成射频连接器与接收电路板之间的屏蔽结构；

3、结构上采用瓦片式的结构设计，壳体采用双面腔体的设计，将接收和发射电路板分别安装于壳体的上、下腔体内，接收电路板与发射电路板通过射频玻珠实现垂直互联，天线阵面与TR组件通过KK系列射频转接器实现盲插连接，可有效减小产品的厚度尺寸，连接结构简单，便于组装，将波束输出接头、波束输入接头以及低频连接器安装在TR组件的侧面，此结构设计可大大的减小了相控阵天线的厚度；

4、接收电路板与发射电路板集成多组收发波束，相当于多幅天线，极大的节省了成本，减小了相控阵天线的体积和重量。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了本申请的构成图；

图2示出了本申请的结构爆炸图；

图3示出了天线阵面的构造；

图4示出了天线阵面天线的俯视图；

图5示出了壳体的结构；

图6示出了TR组件的构成；

图7示出了A处的局部放大图；

图8示出了B处的局部放大图；

图9示出了天线、接收电路板、转接电路板以及发射电路板的连接关系。

图中标记：10-天线阵面、11-天线、12-天线安装板、13-天线单元、131-发射射频口、132-接收射频口、20-TR组件、21-壳体、211-安装腔、212-环形凸缘、22-接收电路板、23-转接电路板、24-发射电路板、241-输出接口、242-输入接口、25-波束输出接头、26-波束输入接头、27-低频连接器、28-连接组件、281-射频连接器、282-射频转接器、29-内盖板、31-盖板、32-底板、33-隔离板、331-屏蔽腔、34-射频玻珠、40-天线罩。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

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。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。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。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

如图1所示，一种瓦片式多波束相控阵天线，包括：天线阵面10和TR组件20以及天线罩40，天线阵面10与天线罩40均通过螺钉与TR组件连接，天线阵面10设于TR组件20与天线罩40之间。

具体的，如图3所示，天线阵面10包括天线11和天线安装板12，天线11采用三角布阵的方式组成。天线11通过烧结连接于天线安装板12，天线安装板12通过螺钉与TR组件20连接固定。天线阵面10包含25个天线单元13。如图4所示，通过三个相邻的可形成三角形结构的天线单元13形成了三角布阵，天线单元13构成的三角形可以相互交错重合，如图4中a、b、c三种布局。

更具体的，天线11对应每个天线单元13均具有发射射频口131和接收射频口132各一个，每个天线单元13均具有左旋圆极化和右旋圆极化两种极化方式对应信号的发射和接收，收发同时工作。

具体的，如图2、图5、图6所示，TR组件20包括壳体21，壳体21顶部与底部均具有腔体，壳体21在腔体之间的实体部分加工有50个通道，每两个通道形成一个区域，与天线单元13对应，每个区域都具有一个发射通道和一个接收通道。顶部腔体内设有接收电路板22以及多块转接电路板23，底部腔体设有发射电路板24。接收电路板22与转接电路板23通过射频电缆线焊接连接，发射电路板24与接收电路板22通过射频玻珠34实现垂直互联。

更具体的，如图1、图8以及图9所示，每块转接电路板23均连接有多个波束输出接头25，发射电路板24连接有多个波束输入接头26，接收电路板22连接有低频连接器27。波束输出接头25与波束输入接头26的数量相同，并且均根据相控阵天线的波束数量确定。

优选的，为减小相控阵天线的厚度，波束输出接头25与波束输入接头26以及低频连接器27均设于壳体21侧壁。

更具体的，发射电路板24对应发射射频口131和接收射频口132均分别设有输出接口241以及输入接口242，发射射频口131与输出接口241之间以及接收射频口132与输入接口242之间均通过连接组件28进行连接。

优选的，如图5、图8所示，为增加转接电路板23之间以及与接收电路板22之间的屏蔽效果，壳体21对应转接电路板23均设有独立的安装腔211，安装腔211均设有内盖板29。

更具体的，本申请以4波束天线为例，当相控阵天线设计为4波束天线时，转接电路板23设有两块，相应的波束输出接头25也设有两个，波束输入接头26设有两个，形成4波束天线。采用类似的连接方式，相控阵天线可设计为8波束，甚至更多波束的相控阵天线。

更具体的，如图9所示，连接组件28包括一对射频连接器281以及一个射频转接器282，发射射频口131、接收射频口132、输出接口241以及输入接口242内均设有射频连接器281，射频转接器282用于连接射频连接器281。安装于发射射频口131以及接收射频口132的射频连接器281采用SMP系列的射频同轴连接器，其针脚通过铅锡丝焊接方式与天线11相连，外壳通过银锡烧结至天线安装板；安装于输出接口241以及输入接口242的射频连接器281采用SMA系列的射频同轴连接器，通过螺钉安装于环形凸缘212的腔体内部，其针脚穿过壳体21与发射电路板24连接。

优选的，如图2所示，为增加屏蔽效果，壳体21顶部设有盖板31，用于对壳体21的顶部腔体进行屏蔽；底部设有底板32，底板32与发射电路板24之间设有隔离板33，隔离板33对应天线单元13均具有屏蔽腔331，使每个收发单元之间具有良好的屏蔽效果。

优选的，如图7所示，壳体21对应每个天线单元13均设有环形凸缘212，环形凸缘212内部具有腔体，安装于输出接口241以及输入接口242的射频连接器281安装于该腔体内部，通过环形凸缘212将接收电路板22与射频连接器281进行分隔，增加信号屏蔽效果。盖板31与接收电路板22对应环形凸缘212的位置均加工有避让孔，用于环形凸缘212间隙穿过，多波束相控阵天线组装后环形凸缘212的顶面与天线安装板12的底面接触。

更具体的，接收电路板22与发射电路板24对应天线单元13均设有25个通道，接收电路板22上设置的为接收通道，发射电路板24上设置的为发射通道，接收通道与发射通道均设有滤波放大电路、数控移相电路、电源调制电路和功分器。滤波放大电路主要实现接收通道和发射通道射频信号的滤波和功率放大功能；数控移相电路主要实现改变接收天线波束和发射天线波束指向的功能；电源调制电路主要实现接收通道和发射通道电源的调制功能，功分器主要实现接收通道和发射通道信号的功分或合成功能。电源调制电路主要为DC-DC和LDO，完成TR组件20内部所需电源的转换。

本实施例中，数控移相器采用串行控制的方式，由于串联的移相器数量较多，在移相器数据中增加4位地址码与移相器的地址码对应，这样就将25个接收通道和发射通道的移相器分为两组，一组为15个移相器串联，另一组为10个移相器串联，大幅度的减少了控制线的数量。

优选的，壳体21、内盖板29、盖板31、底板32以及隔离板33均采用防锈铝合金制作，壳体21、发射射频口131、接收射频口132、输出接口241以及输入接口242的内表面均涂镀金层或银层。

更具体的，波束输出接头25采用铅锡丝与转接电路板23焊接连接，低频连接器27的针脚通过导线与接收电路板22焊接连接便于线路的布置以及对周边零件进行避让，接收电路板22与转接电路板23通过射频电缆焊接连接。

具体实施方式：接收时，射频信号由天线11的接收射频口132接收，25个天线单元13的接收射频口132接收输入信号后经滤波和低噪声放大之后通过1分2功分器均分为两路，即25个接收射频口132，通过1分2的功分器之后变成50路，功分后的50路信号分别进行移相后，25个通道合成1路，合成后即为两个波束信号，再经滤波、放大后输出至两个波束输出接头25，完成两个波束的接收。

发射时，射频信号由波束输入接头26输入，两路射频信号分别经滤波放大电路后通过1分25路功分器分为25路，经移相、驱动放大、功率放大、滤波、合路后输出至天线11的发射射频口131，完成两个波束的发射。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种瓦片式多波束相控阵天线，包括：天线阵面（10）和TR组件（20）以及天线罩（40），其特征在于，

天线阵面（10）包括天线（11）和天线安装板（12），所述天线（11）采用三角布阵的方式组成，天线阵面（10）包含25个天线单元（13），所述天线（11）对应每个所述天线单元（13）均具有发射射频口（131）和接收射频口（132）各一个，每个所述天线单元（13）均具有左旋圆极化和右旋圆极化两种极化方式对应信号的发射和接收；

TR组件（20）包括壳体（21），所述壳体（21）顶部与底部均具有腔体，顶部腔体内设有接收电路板（22）以及多块转接电路板（23），底部腔体设有发射电路板（24），接收电路板（22）与所述转接电路板（23）连接，所述发射电路板（24）与所述接收电路板（22）通过射频玻珠（34）实现垂直互联；

每块所述转接电路板（23）均连接有多个波束输出接头（25），所述发射电路板（24）连接有多个波束输入接头（26），所述接收电路板（22）连接有低频连接器（27）；

发射电路板（24）对应所述发射射频口（131）和接收射频口（132）均分别设有输出接口（241）以及输入接口（242），所述发射射频口（131）与输出接口（241）之间以及接收射频口（132）与输入接口（242）之间均通过连接组件（28）进行连接。

2.根据权利要求1所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述壳体（21）对应所述转接电路板（23）均设有独立的安装腔（211），所述安装腔（211）均设有内盖板（29）。

3.根据权利要求1所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述转接电路板（23）设有两块，所述波束输入接头（26）设有两个。

4.根据权利要求1所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述连接组件（28）包括一对射频连接器（281）以及一个射频转接器（282），所述发射射频口（131）、所述接收射频口（132）、所述输出接口（241）以及所述输入接口（242）内均设有射频连接器（281），所述射频转接器（282）用于连接所述射频连接器（281）。

5.根据权利要求2所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述壳体（21）顶部设有盖板（31），底部设有底板（32），所述底板（32）与所述发射电路板（24）之间设有隔离板（33），所述隔离板（33）对应所述天线单元（13）均具有屏蔽腔（331）。

6.根据权利要求5所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述壳体（21）对应每个所述天线单元（13）均设有环形凸缘（212），所述盖板（31）与所述接收电路板（22）对应所述环形凸缘（212）的位置均加工有避让孔，用于所述环形凸缘（212）间隙穿过。

7.根据权利要求1所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述波束输出接头（25）与所述波束输入接头（26）以及所述低频连接器（27）均设于所述壳体（21）侧壁。

8.根据权利要求1所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述接收电路板（22）与所述发射电路板（24）对应所述天线单元（13）均设有25个通道，所述通道均设有滤波放大电路、数控移相电路、电源调制电路和功分器。

9.根据权利要求5所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述壳体（21）、内盖板（29）、盖板（31）、底板（32）以及隔离板（33）均采用防锈铝合金制作，所述壳体（21）、发射射频口（131）、接收射频口（132）、输出接口（241）以及输入接口（242）的内表面均涂镀金层或银层。

10.根据权利要求1所述的一种瓦片式多波束相控阵天线，其特征在于，所述波束输出接头（25）采用铅锡丝与转接电路板（23）焊接连接，所述低频连接器（27）的针脚通过导线与所述接收电路板（22）焊接连接，所述接收电路板（22）与所述转接电路板（23）通过射频电缆焊接连接。