CN112510365A - 多波束馈电网络装置和卫星系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种多波束馈电网络装置和卫星系统，涉及毫米波射频集成技术领域。本发明实施例提供的多波束馈电网络装置和卫星系统，包括合成结构以及至少两个芯片，各芯片设置有波束通道，各芯片通过波束通道输出波束，波束通道与合成结构连接，每两个芯片之间输出的波束通过合成结构进行合成，以此实现多波束馈电网络，降低了实现难度，且提高了多波束馈电网络的集成度。

Description

多波束馈电网络装置和卫星系统

技术领域

本发明涉及毫米波射频集成技术领域，具体而言，涉及一种多波束馈电网络装置和卫星系统。

背景技术

多波束（Multiple Beam）从2000年开始迅速发展，由于它能够实现高增益的点波束覆盖，又能在广域覆盖范围中实现频率复用，从而在卫星通信天线系统中得到广泛应用，多波束是发展大容量卫星通信系统和增强卫星通信市场竞争力的关键技术。

目前，多波束网络的实现大多采用独立拼接的方式，单馈电网络直接拼接组成多套馈电系统，这种方式，在功能实现上是满足的，但对于系统的工艺的要求也很高，且系统的集成度较低。

发明内容

基于上述研究，本发明提供了一种多波束馈电网络装置和卫星系统，以改善上述问题。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种多波束馈电网络装置，包括合成结构以及至少两个芯片，各所述芯片设置有波束通道，各所述芯片通过所述波束通道输出波束，所述波束通道与所述合成结构连接；

每两个所述芯片之间输出的波束通过所述合成结构进行合成。

在可选的实施方式中，所述合成结构包括第一合成结构以及第二合成结构，各所述波束通道与所述第一合成结构连接，所述第一合成结构与所述第二合成结构连接；

每两个所述芯片之间输出的波束通过所述第一合成结构进行合成；

每两个通过所述第一合成结构合成的波束通过所述第二合成结构再次进行合成。

在可选的实施方式中，每个所述芯片设置的波束通道包括多个子波束通道，每个所述子波束通道设置有标识；所述第一合成结构包括第一射频板以及多个第一带线功分器，各所述第一带线功分器设置于所述第一射频板上；

每个所述第一带线功分器用于连接每两个所述芯片中每个所述芯片的其中一个子波束通道，每个所述第一带线功分器所连接的两个子波束通道具有相同标识；

每个所述第一带线功分器用于对所连接的两个子波束通道输出的波束进行合成。

在可选的实施方式中，所述第二合成结构包括第二射频板以及多个第二带线功分器，各所述第二带线功分器设置于所述第二射频板上；

各所述第二带线功分器分别与两个所述第一带线功分器连接；其中，每个所述第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个子波束通道具有相同标识；

各所述第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的波束进行合成。

在可选的实施方式中，每个所述芯片设置的所述波束通道包括至少一个接收波束通道以及至少一个发射波束通道，每个所述接收波束通道以及每个所述发射波束通道设置有标识；所述第一合成结构包括第一射频板以及多个第一带线功分器，各所述第一带线功分器设置于所述第一射频板上；

每个所述第一带线功分器用于连接每两个芯片中的每个所述芯片的其中一个接收波束通道，或者，用于连接每两个芯片中的每个所述芯片的其中一个发射波束通道；其中，每个所述第一带线功分器所连接的两个接收波束通道或者两个发射波束通道具有相同标识；

每个所述第一带线功分器用于对所连接的两个接收波束通道或两个发射波束通道输出的波束进行合成。

在可选的实施方式中，所述第二合成结构包括第二射频板以及多个第二带线功分器，各所述第二带线功分器设置于所述第二射频板上；

各所述第二带线功分器分别与两个所述第一带线功分器连接；其中，每个所述第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个接收波束通道或者两个发射波束通道具有相同标识；

各所述第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的接收波束或者发射波束进行合成。

在可选的实施方式中，所述合成结构包括多个第一过渡结构以及多个第二过渡结构；

各所述波束通道通过各所述第一过渡结构与各所述第一带线功分器连接；

各所述第一带线功分器通过各所述第二过渡结构与各所述第二带线功分器连接。

在可选的实施方式中，所述合成结构还包括传输接口以及多个第三过渡结构；

各所述第一带线功分器通过各所述第三过渡结构与所述传输接口连接，或者各所述第二带线功分器通过各所述第三过渡结构与所述传输接口连接；

各所述第一带线功分器或者各所述第二带线功分器合成的波束通过所述第三过渡结构进入到所述传输接口，通过所述传输接口进行传输。

在可选的实施方式中，所述传输接口设置于第一射频板或第二射频板。

第二方面，本发明提供一种卫星系统，包括卫星天线以及前述实施方式任一项所述的多波束馈电网络装置，所述卫星天线与所述多波束馈电网络装置连接。

本发明实施例提供的多波束馈电网络装置和卫星系统，包括合成结构以及至少两个芯片，各芯片设置有波束通道，各芯片通过波束通道输出波束，波束通道与合成结构连接，每两个芯片之间输出的波束通过合成结构进行合成，以此实现多波束馈电网络，降低了实现难度，且提高了多波束馈电网络的集成度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的多波束馈电网络装置的一种结构示意图。

图2为本发明实施例所提供的多波束馈电网络装置的另一种结构示意图。

图3为本发明实施例所提供的波束合成的示意图之一。

图4为本发明实施例所提供的波束合成的示意图之二。

图5为本发明实施例所提供的波束合成的示意图之三。

图6为本发明实施例所提供的波束合成的示意图之四。

图7为本发明实施例所提供的波束合成的示意图之五。

图8为本发明实施例所提供的波束合成的示意图之六。

图9为本发明实施例所提供的波束合成的示意图之七。

图标：10-合成结构；110-第一合成结构；120-第二合成结构；20-芯片。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

卫星通信已经成为了人们生活中不可或缺的一部分，比如为人们提供丰富多彩的电视广播和语音广播，为地面蜂窝网络尚未部署的偏远地区、海上和空中提供必要的通信，为发生自然灾害的区域提供宝贵的应急通信，为欠发达或人口密度低的地区提供互联网接入等。

多波束（Multiple Beam）从2000年开始迅速发展，由于它能够实现高增益的点波束覆盖，又能在广域覆盖范围中实现频率复用，从而在卫星通信天线系统中得到广泛应用。多波束是发展大容量卫星通信系统和增强卫星通信市场竞争力的关键技术。由于多波束涉及射频领域，其实现方式往往较为复杂且成本很高，以八波束馈电网络以及多波束收发馈电网络进行举例说明。

八波束馈电网络是八波束卫通天线组成中的核心部分，其功能主要为实现独立自主的八套射频馈电网络，其实现方式一般有两种：一、采用低温共烧陶瓷（Low TemperatureCo-fired Ceramic，LTCC）工艺技术进行设计实现。整个毫米波LTCC收发组件中，驱动放大器、高功率放大器、开关等单元电路采用单片微波集成电路（Monolithic MicrowaveIntegrated Circuit，MMIC）裸芯片形式直接表面安装，而毫米波馈电系统（一般分解为波导到微带的过渡、层间互连结构以及电阻偏置网络等）采用LTCC技术集成到多层陶瓷基板中。二、采用独立拼接的方式，单馈电网络直接拼接组成八套馈电系统。

对于第一种，由于在毫米波频段上电路结构对加工条件的要求更高，受限于工艺水平，导致目前成本过高，并且还需要配合使用芯片微组装工艺，因此，带来了很大的工艺安装难度与挑战；同时还由于电磁场信号在LTCC这种多层的不连续传输结构中带来了更多的寄生效应，甚至激励起了电磁场的寄生模式，对其传输特性的研究变得异常复杂，而LTCC具有较高的介质损耗，所以准确的模型设计是使用面临的一项解决任务。最后，一般的传统八套馈电网络采用了较多的叠层数量，对于最终的结构尺寸提出了很高的挑战。

对于第二种，单馈电网络直接拼接组成八套馈电系统对于功能实现是上满足的，但其结构尺寸在毫米波的尺寸上具有较难的实现度。同时，现有八波束馈电网络对于射频板材的利用效率较低，往往需要八层板材才可实现，即每层板材实现一套射频馈电。对于系统的集成难度很高，工艺的要求也很高。

多波束收发馈电网络是多波束收发组件中的重要组成部分，其主要功能是实现多套波束的形成与收发链路信号的馈电。根据现有技术的分析与研究，目前实现方式一般均采用LTCC技术工艺配合毛纽扣的方法。

采用单一LTCC工艺技术，主要利用其具有任意互联的优势，可任意实现三维立体方向的射频互联。LTCC需要在每层结构中提前进行预打孔和传输线布局，最终利用烧结实现射频连接。与此同时，需搭配毛纽扣实现多波束的并行。毛纽扣是指用于模块内部印制板之间、印制板与芯片之间完成互联的连接器。常见的板级互连方式有毛纽扣和BGA两种形式，对于多波束收发馈电网络来说，配合LTCC工艺一般采用毛纽扣的方式，主要原因是由于馈电传输线路过多，端口分布十分密集，采用毛纽扣会更加便于实现这种复杂度较高的馈电垂直互联。

通过采用多层LTCC分别实现多套波束和收发系统，最终利用毛纽扣完成互联，从而实现三维互联的形式。但对于这种方式，存在以下几个问题：一是采用低温共烧陶瓷技术工艺，意味会带来高昂的加工成本；LTCC的工艺成本一般较高，主要原因由于其原材料国内制备能力较低，并且由于其材料特性，带来的收缩率很高，对于尺寸的控制精度要求较高。在现代通信的应用背景之下，LTCC技术综合竞争力呈逐步下降趋势。二是毛纽扣技术对于实现成本也会带来较高的负担，毛纽扣技术的出现对于垂直方向的尺寸带来了较高挑战，同时由于其工艺要求较高，成本优势较低。三是二者的搭配尺寸势必在结构尺寸和高度方面优势不是十分明显，搭配LTCC工艺与毛纽扣技术实现的多波束收发馈电网络系统，由于非一次成型，两个部件势必在垂直方向尺寸上优势不多。四是由于体积尺寸原因，大多采用收发分口径的实现方式，即两个口径一个处理接收信号，一个处理发射信号，收发波束无法集于一体，难以同时进行信号处理。

基于上述对现有技术的分析可知，现有技术中多波束的实现方式存在成本较高、尺寸较大、集成度较低等问题，基于此，本实施例提供一种多波束馈电网络装置，以改善上述问题。

请参阅图1，本实施例提供的多波束馈电网络装置，包括合成结构10以及至少两个芯片20，各芯片20设置有波束通道（图中未示出），各芯片20通过波束通道输出波束，波束通道与合成结构10连接。

每两个芯片20之间输出的波束通过合成结构10进行合成。

其中，所述芯片20可以是射频芯片，每个芯片20上设置有波束通道，各芯片20通过波束通道输出波束。

在本实施例中，每个芯片20设置于合成结构10上，且每个芯片20的波束通道与合成结构10连接，通过合成结构10对每两个芯片20之间输出的波束进行合成，如此降低了多波束网络的实现难度以及成本，提高了多波束馈电网络的集成度。

鉴于实际应用，芯片的使用个数较多，为了对每个芯片输出的波束进行合成，实现多波束网络，请结合参阅图2，在本实施例中，合成结构10包括第一合成结构110以及第二合成结构120，各波束通道与第一合成结构110连接，第一合成结构110与第二合成结构120连接。

每两个芯片20之间输出的波束通过第一合成结构110进行合成。

每两个通过第一合成结构110合成的波束通过第二合成结构120再次进行合成。

其中，第一合成结构110和第二合成结构120层叠设置，各芯片20设置于第一合成结构110上，如此，可减少占用面积。

在本实施例中，当芯片的数目为两个以上，为了保证实际实施过程中射频传输线的线宽及间距要求，初次合成为两颗芯片20之间的合成（第一级合成网络），即以每两个芯片20为一组，通过第一合成结构110对每两个芯片20之间输出的波束进行合成，然后再进行多颗芯片20之间的合成（第二级合成网络），即将通过各第一合成结构110合成的波束传输到第二合成结构120，通过第二合成结构120对每两个通过第一合成结构110合成的波束再次进行合成。如此，可以较少的层叠结构实现复杂的多波束馈电网络，降低了多波束网络的实现难度以及成本，并提高了多波束馈电网络的集成度。

例如，如图3所示，图3中分别有芯片a1、芯片a2、芯片a3和芯片a4，其中，芯片a1输出的波束与芯片a2输出的波束通过第一合成结构110进行合成，得到合成波束1，芯片a3输出的波束与芯片a4输出的波束通过第一合成结构110进行合成，得到合成波束2，然后合成波束1和合成波束2进入到第二合成结构120，通过第二合成结构120对合成波束1和合成波束2再次进行合成，得到合成波束3，在得到合成波束3后，即可将合成波束3进行输出。

在一种实施方式中，若芯片的数目为单数时，本实施例还可以先以每两个芯片为一组进行分组，通过第一合成结构110对分组好的每两个芯片之间输出的波束进行合成，然后将合成后的波束以及单个芯片（未分组）输出的波束传输到第二合成结构120，通过第二合成结构120对合成后的波束以及单个芯片输出的波束进行合成。

例如，存在芯片a1、芯片a2以及芯片a3时，则可以先通过第一合成结构110对芯片a1输出的波束以及芯片a2输出的波束进行合成，然后通过第二合成结构120对合成的波束以及芯片a3输出的波束进行合成。以此，实现多波束馈电网络。

鉴于实际应用中，每个芯片设置有多个波束输出的通道，为了实现芯片与芯片之间的合成，实现多波束馈电网络，在本实施例中，每个芯片设置的波束通道包括多个子波束通道，每个子波束通道设置有标识，第一合成结构包括第一射频板以及多个第一带线功分器，各第一带线功分器设置于第一射频板上。

每个第一带线功分器用于连接每两个芯片中每个芯片的其中一个子波束通道，每个第一带线功分器所连接的两个子波束通道具有相同标识。

每个第一带线功分器用于对所连接的两个子波束通道输出的波束进行合成。

其中，每个子波束通道的标识可以是芯片的引脚编号、通道标号等，具体地，本实施例不做限制，只需要对每个芯片上的子波束通道进行区分即可。

在本实施例中，每个芯片上设置多个子波束通道，射频信号进入芯片后，通过各子波束通道输出，形成多个波束，通过将每个芯片输出的多个波束进行合成，即可实现多波束馈电网络。

具体地，可将每个第一带线功分器设置于第一射频板上，且每个第一带线功分器连接每两个芯片中具有相同标识的两个子波束通道，因此，通过各第一带线功分器即可实现每两个芯片之间各子波束通道输出的波束的合成。

以八波束馈电网络为例进行详细说明，请结合参阅图4，图4中为两个芯片，分别为芯片a1以及芯片a2，每个芯片具有八个子波束通道以及四个信号通道，八个子波束通道分别是波束通道1、波束通道2、波束通道3、波束通道4、波束通道5、波束通道6、波束通道7以及波束通道8。射频信号从四个信号通道输入，从八个子波束通道输出，形成八个波束，从波束通道1输出的波束为波束1，从波束通道2输出的波束为波束2，从波束通道3输出的波束为波束3，从波束通道4输出的波束为波束4，从波束通道5输出的波束为波束5，从波束通道6输出的波束为波束6，从波束通道7输出的波束为波束7，从波束通道8输出的波束为波束8。

其中，芯片a1的波束通道1与芯片a2的波束通道1连接同一个第一带线功分器，芯片a1的波束通道2与芯片a2的波束通道2连接同一个第一带线功分器，芯片a1的波束通道3与芯片a2的波束通道3连接同一个第一带线功分器，芯片a1的波束通道4与芯片a2的波束通道4连接同一个第一带线功分器，芯片a1的波束通道5与芯片a2的波束通道5连接同一个第一带线功分器，芯片a1的波束通道6与芯片a2的波束通道6连接同一个第一带线功分器，芯片a1的波束通道7与芯片a2的波束通道7连接同一个第一带线功分器，芯片a1的波束通道8与芯片a2的波束通道8连接同一个第一带线功分器。

通过各第一带线功分器对芯片a1和芯片a2的各波束进行合成，得到：芯片a1的波束1和芯片a2的波束1合成得到波束11，芯片a1的波束2和芯片a2的波束2合成得到波束12，芯片a1的波束3和芯片a2的波束3合成得到波束13，芯片a1的波束4和芯片a2的波束4合成得到波束14，芯片a1的波束5和芯片a2的波束5合成得到波束15，芯片a1的波束6和芯片a2的波束6合成得到波束16，芯片a1的波束7和芯片a2的波束7合成得到波束17，芯片a1的波束8和芯片a2的波束8合成得到波束18。

在得到波束11、波束12、波束13、波束14、波束15、波束16、波束17以及波束18，即完成了芯片a1和芯片a2的波束合成，实现了八波束馈电网络，实现方式简单。

在一种实施方式中，由于毫米波频段电尺寸较小，为了满足更多的波束的合成，第一合成结构还可以包括两层射频板，在两层射频板中实现芯片之间的波束合成，以上述所举的八波束为例，芯片a1和芯片a2的波束1、波束3、波束6以及波束8可以在一层射频板中实现合成，芯片a1和芯片a2的波束2、波束4、波束5以及波束7可以在另一层射频板中实现合成。

本实施例所提供的多波束馈电网络装置，通过将各第一带线功分器设置于第一射频板，通过各第一带线功分器对每两个芯片之间各子波束通道输出的波束进行合成，较现有技术需要8层板材才能实现八波束的合成，本实施例大幅度降低了射频板材的叠层数量与厚度（仅需要一层或二层）。

为了实现多颗芯片之间的合成，在本实施例中，第二合成结构包括第二射频板以及多个第二带线功分器，各第二带线功分器设置于第二射频板上。

各第二带线功分器分别与两个第一带线功分器连接；其中，每个第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个子波束通道具有相同标识。

各第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的波束进行合成。

其中，每个第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个子波束通道具有相同标识，即表示连接的两个第一带线功分器均是对具有相同标识的子波束通道输出的波束进行合成。通过各第二带线功分器对所连接的两个第一带线功分器输出的波束进行合成，即可实现多颗芯片之间的波束合成。

以四芯片、八波束馈电网络为例进行详细说明，请结合参阅图4、图5以及图6，图4中为芯片a1和芯片a2，图5中为芯片a3和芯片a4，其中，芯片a3和芯片a4的各子波束通道与各第一带线功分器的连接方式，请参照上述芯片a1和芯片a2的描述，在此不过多描述。

其中，每个第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个子波束通道具有相同标识，即表示连接了芯片a1和芯片a2的波束通道1的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道1的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a1和芯片a2的波束通道2的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道2的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a1和芯片a2的波束通道3的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道3的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a1和芯片a2的波束通道4的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道4的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a1和芯片a2的波束通道5的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道5的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a1和芯片a2的波束通道6的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道6的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a1和芯片a2的波束通道7的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道7的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a1和芯片a2的波束通道8的第一带线功分器与连接了芯片a3和芯片a4的波束通道8的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器。

如图5所示，通过各第一带线功分器对芯片a3和芯片a4的各波束进行合成，得到：芯片a3的波束1和芯片a4的波束1合成得到波束21，芯片a3的波束2和芯片a4的波束2合成得到波束22，芯片a3的波束3和芯片a4的波束3合成得到波束23，芯片a3的波束4和芯片a4的波束4合成得到波束24，芯片a3的波束5和芯片a4的波束5合成得到波束25，芯片a3的波束6和芯片a4的波束6合成得到波束26，芯片a3的波束7和芯片a4的波束7合成得到波束27，芯片a3的波束8和芯片a4的波束8合成得到波束28。

通过各第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的波束进行合成，可得到：波束11和波束21合成得到波束101，波束12和波束22合成得到波束102，波束13和波束23合成得到波束103，波束14和波束24合成得到波束104，波束15和波束25合成得到波束105，波束16和波束26合成得到波束106，波束17和波束27合成得到波束107，波束18和波束28合成得到波束108，如图6所示。

在合成得到波束101、波束102、波束103、波束104、波束105、波束106、波束107、波束108后，所有芯片（芯片a1、芯片a2、芯片a3以及芯片a4）的波束合成完毕，即实现了多颗芯片的波束合成，实现了多芯片八波束馈电网络，实现方式简单。

在一种实施方式中，为避免射频信号的串扰及工艺能力限制，本实施例所提供的第二合成结构还可以包括两层射频板，在两个射频板中实现多颗芯片的波束合成，例如，可将波束101、波束102、波束105以及波束106的合成在一层射频板中实现，波束103、波束104、波束107以及波束108的合成在另一层射频板中实现。

可选的，在本实施例中，在芯片数目较多时，第一射频板和第二射频板可以复用，例如，对于芯片数目为8时，在得到波束101、波束102、波束103、波束104、波束105、波束106、波束107以及波束108后，芯片之间的合成还未完成，这时可以复用第一射频板，在第一射频板设置多个第三带线功分器，每个第三带线功分器连接两个对应的第二带线功分器（连接的两个第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个子波束通道具有相同标识），每两个对应的第二带线功分器输出的波束通过第三带线功分器再次进行合成，以此类推。

本实施例所提供的多波束馈电网络装置，通过设置第一合成结构和第二合成结构实现多颗芯片的多波束合成，充分利用了每层馈电网络的优势，极大地提高了利用面积，在较低的板材层数范围（1-4层）内实现了多波束的合成，相较于现有技术，本实施例实现方式简单，成本低，集成度高。

本实施例所提供的多波束馈电网络装置，通过设置第一合成结构和第二合成结构还可以实现多波束收发共口径，即可以同时接收波束以及发射波束，同时进行接收信号和发射信号的处理。

在一种实施方式中，每个芯片设置的波束通道包括至少一个接收波束通道以及至少一个发射波束通道，每个接收波束通道以及每个发射波束通道设置有标识；第一合成结构包括第一射频板以及多个第一带线功分器，各第一带线功分器设置于第一射频板上。

每个第一带线功分器用于连接每两个芯片中的每个芯片的其中一个接收波束通道，或者，用于连接每两个芯片中的每个芯片的其中一个发射波束通道；每个第一带线功分器所连接的两个接收波束通道或者发射波束通道具有相同标识。

每个第一带线功分器用于对所连接的两个接收波束通道或两个发射波束通道输出的波束进行合成。

其中，芯片可以是四波束双通道收发一体集成的芯片，设置有至少一个接收波束通道以及至少一个发射波束通道。每个第一带线功分器与每两个芯片中具有相同标识的接收波束通道连接，或者，与每两个芯片中具有相同标识的发射波束通道连接。

通过第一带线功分器，即可实现每两个芯片之间接收波束的合成以及发射波束的合成。

下面以一实施例进行详细说明，请结合参阅图7，图7中为芯片a5和芯片a6，每个芯片设置有四个接收波束通道（分别是接收波束通道1、接收波束通道2、接收波束通道3、接收波束通道4）、四个发射波束通道（分别是发射波束通道1、发射波束通道2、发射波束通道3、发射波束通道4）、两个信号接收通道以及两个信号发射通道。接收信号从两个信号接收通道进入，从四个接收波束通道输出，形成四个接收波束，其中，从接收波束通道1输出的接收波束为接收波束31、从接收波束通道2输出的接收波束为接收波束32、从接收波束通道3输出的接收波束为接收波束33、从接收波束通道4输出的接收波束为接收波束34。发射波束从四个信号发射波束进入芯片，从两个信号发射通道输出，形成发射信号，其中，发射波束41从发射波束通道1进入芯片、发射波束42从发射波束通道2进入芯片、发射波束43从发射波束通道3进入芯片、发射波束44从发射波束通道4进入芯片。

其中，芯片a5的接收波束通道1与芯片a6的接收波束通道1连接同一个第一带线功分器，芯片a5的接收波束通道2与芯片a6的接收波束通道2连接同一个第一带线功分器，芯片a5的接收波束通道3与芯片a6的接收波束通道3连接同一个第一带线功分器，芯片a5的接收波束通道4与芯片a6的接收波束通道4连接同一个第一带线功分器，芯片a5的发射波束通道1与芯片a6的发射波束通道1连接同一个第一带线功分器，芯片a5的发射波束通道2与芯片a6的发射波束通道2连接同一个第一带线功分器，芯片a5的发射波束通道3与芯片a6的发射波束通道3连接同一个第一带线功分器，芯片a5的波束通道4与芯片a6的波束通道4连接同一个第一带线功分器。

通过各第一带线功分器对芯片a5和芯片a6的各波束进行合成，得到：芯片a5的接收波束31和芯片a6的接收波束31合成得到接收波束301，芯片a5的接收波束32和芯片a6的接收波束32合成得到接收波束302，芯片a5的接收波束33和芯片a6的接收波束33合成得到接收波束303，芯片a5的接收波束34和芯片a6的接收波束34合成得到接收波束304，芯片a5的发射波束41和芯片a6的发射波束41合成得到发射波束401，芯片a5的发射波束42和芯片a6的发射波束42合成得到发射波束402，芯片a5的发射波束43和芯片a6的发射波束43合成得到发射波束403，芯片a5的发射波束44和芯片a6的发射波束44合成得到发射波束404。

本实施例所提供的多波束馈电网络装置，通过将各第一带线功分器设置于第一射频板，通过第一带线功分器用于对所连接的两个接收波束通道或两个发射波束通道输出的波束进行合成，即可实现多波束馈电网络，同时完成了收发共口径的目标。相应地，为了实现多颗芯片的收发共口径，在本实施例中，所述第二合成结构包括第二射频板以及多个第二带线功分器，各第二带线功分器设置于第二射频板上。

各第二带线功分器分别与两个第一带线功分器连接；其中，每个第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个接收波束通道或者两个发射波束通道具有相同标识。

各第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的接收波束或者发射波束进行合成。

下面以四芯片、四波束馈电网络为例进行详细说明，请结合参阅图7、图8和图9，图7中为芯片a5和芯片a6，图8中为芯片a7和芯片a8，其中，芯片a7和芯片a8的各接收通道、各发射通道与各第一带线功分器的连接方式，请参照上述芯片a5和芯片a6的描述，在此不过多描述。

其中，每个第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个接收波束通道或者发射通道具有相同标识，即表示连接了芯片a5和芯片a6的接收波束通道1的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的接收波束通道1的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a5和芯片a6的接收波束通道2的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的接收波束通道2的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a5和芯片a6的接收波束通道3的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的接收波束通道3的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a5和芯片a6的接收波束通道4的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的接收波束通道4的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器。

连接了芯片a5和芯片a6的发射波束通道1的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的发射波束通道1的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a5和芯片a6的发射波束通道2的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的发射波束通道2的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a5和芯片a6的发射波束通道3的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的发射波束通道3的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器，连接了芯片a5和芯片a6的发射波束通道4的第一带线功分器与连接了芯片a7和芯片a8的发射波束通道4的第一带线功分器连接同一个第二带线功分器。

如图8所示，通过各第一带线功分器对芯片a7和芯片a8的各波束进行合成，得到：芯片a7的接收波束31和芯片a8的接收波束31合成得到接收波束501，芯片a7的接收波束32和芯片a8的接收波束32合成得到接收波束502，芯片a7的接收波束33和芯片a8的接收波束33合成得到接收波束503，芯片a7的接收波束34和芯片a8的接收波束34合成得到接收波束504，芯片a7的发射波束41和芯片a8的发射波束41合成得到发射波束601，芯片a7的发射波束42和芯片a8的发射波束42合成得到发射波束602，芯片a7的发射波束43和芯片a8的发射波束43合成得到发射波束603，芯片a7的发射波束44和芯片a8的发射波束44合成得到发射波束604。

通过各第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的接收波束或者发射波束进行合成，可得到：接收波束301和接收波束501合成得到接收波束1001，接收波束302和接收波束502合成得到接收波束1002，接收波束303和接收波束503合成得到接收波束1003，接收波束304和接收波束504合成得到接收波束1004，发射波束401和发射波束601合成得到发射波束2001，发射波束402和发射波束602合成得到发射波束2002，发射波束403和发射波束603合成得到发射波束2003，发射波束404和发射波束604合成得到发射波束2004，如图9所示。在得到接收波束1001、接收波束1002、接收波束1003、接收波束1004、发射波束2001、发射波束2002、发射波束2003以及发射波束2004后，所有芯片（芯片a5、芯片a6、芯片a7以及芯片a8）的波束合成完毕，即实现了多波束合成，同时达到了收发共口径的目的，实现方式简单。

在一种实施方式中，由于毫米波频段电尺寸较小，为了充分利用板材面积，第一合成结构和第二合成结构均可以包括两层射频板，在两层射频板中实现芯片之间的收发波束合成。

本实施例所提供的多波束馈电网络装置，通过设置第一合成结构和第二合成结构实现多颗芯片的多波束合成，充分利用了每层馈电网络的优势，极大地提高了利用面积，在较低的板材层数范围内实现了多波束的合成，并实现了收发波束共口径的目标，可以同时接收信号和发射信号的处理，实现方式简单，且成本低，集成度高。并且通过搭配塑封工艺射频毫米波芯片，对多波束收发的整体馈电网络实现具有良好的实现意义。

由于第一合成结构与第二合成结构层叠设置，即表示第一射频板与第二射频板层叠放置，为了便于芯片的波束通道（包括子波束通道、接收波束通道以及发射波束通道）与第一带线功分器连接、便于第一带线功分器与第二带线功分器连接，本实施例所提供的合成结构还包括多个第一过渡结构以及多个第二过渡结构。

各波束通道通过各第一过渡结构与各第一带线功分器连接。

各第一带线功分器通过各第二过渡结构与各第二带线功分器连接。

其中，每个芯片的波束通道均连接有一个第一过渡结构，通过连第一过渡结构与第一带线功分器连接，即针对每个第一过渡结构，该第一过渡结构的一端与芯片的波束通道连接，另一端与第一带线功分器连接。如此，便可实现第一带线功分器与波束通道的连接，波束通道输出的波束又可通过第一过渡结构进入到第一带线功分器中进行合成。可以理解地，每个芯片的波束通道可以是子波束通道，也可以是接收波束通道或发射波束通道。

相应地，每个第一带线功分器的输出端均连接有一个第二过渡结构，通过第二过渡结构与第二带线功分器连接，即针对每个第二过渡结构，该第二过渡结构的一端与第一带线功分器的输出端连接，另一端与第二带线功分器连接。如此，便可实现第一带线功分器与第二带线功分器的连接，第一带线功分器输出的波束又可通过第二过渡结构进入到第二带线功分器中进行合成。

可选的，在本实施例中，第一过渡结构、第二过渡结构可以是垂直过渡结构。可选的，第一过渡结构、第二过渡结构可由两条连接线以及过孔结构组成。其中，第一过渡结构的一条连接线的一端用于连接第一带线功分器，另一端与第一过渡结构的过孔结构连接，第一过渡结构的另一条连接的一端用于连接波束通道（子波束通道、接收波束通道或者发射波束通道），另一端与第一过渡结构的过孔结构连接，通过过孔结构将两条连接线进行连接，以此，实现波束通道与第一带线功分器连接。第二过渡结构的一条连接线的一端用于连接第二带线功分器，另一端用于连接第二过渡结构的过孔结构，第二过渡结构的另一条连接线的一端用于连接第一带线功分器，另一端用于连接第二过渡结构的过孔结构，通过过孔结构将两条连接线进行连接，以此，实现第一带线功分器与第二带线功分器连接。

鉴于在实际应用中，在完成所有芯片的波束合成后，还需将合成的波束输出，为了实现合成波束的输出，在本实施例中，合成结构还包括传输接口以及多个第三过渡结构。

各第一带线功分器通过第三过渡结构与传输接口连接，或者各第二带线功分器通过第三过渡结构与传输接口连接。

各第一带线功分器或者各第二带线功分器合成的波束通过第三过渡结构进入到传输接口，通过传输接口进行传输。

其中，若是通过各第一带线功分器可完成所有芯片之间的波束合成，则可以将各第一带线功分器与各第三过渡结构连接，通过各第三过渡结构与传输接口连接，即针对每个第三过渡结构，该第三过渡结构的一端与第一带线功分器连接，另一端与传输接口连接。

若是通过各第二带线功分器才能完成所有芯片之间的波束合成，则可以将各第二带线功分器与各第三过渡结构连接，通过各第三过渡结构与传输接口连接，即针对每个第三过渡结构，该第三过渡结构的一端与第二带线功分器连接，另一端与传输接口连接。

可以理解地，若是存在多级馈电网络的合成，则将用于合成最后一级波束的各带线功分器与各第三过渡结构连接，具体地，可根据实际情况而设置。

可选的，在本实施例中，第三过渡结构可由两条连接线以及过孔结构组成，其中，第三过渡结构的一条连接线的一端用于连接带线功分器（第一带线功分器或第二带线功分器），另一端用于连接过孔结构，第三过渡结构的另一条连接线的一端用于连接传输接口，另一端用于连接过孔结构，通过过孔结构将两条连接线进行连接，以此，实现第一带线功分器与传输接口的连接或第二带线功分器与传输接口的连接。

为了提高多波束馈电网络装置的集成度，在本实施例中，传输接口可设置于第一射频板上，也可以设置在第二射频板上，通过将传输接口设置于第一射频板上或者第二射频板上，合成的波束即可通过传输接口输出到其他的器件中。

需要说明的是，由于实际应用信号流图中，收发信号为反向流程，因此，在一种实施方式中，传输接口包括输出射频口以及输入射频口，当进行接收信号和发射信号的处理时，合成的接收波束对应的传输接口为输出射频口，合成的发射波束对应的传输接口为输入射频口，例如，接收波束1001、接收波束1002、接收波束1003、接收波束1004对应的传输接口为输出射频口，发射波束2001、发射波束2002、发射波束2003以及发射波束2004对应的传输接口为输入射频口。

为了进一步降低成本，在本实施例中，第一射频板材和第二射频板材可以是罗杰斯射频板材，罗杰斯射频板材具备成本相对较低，可实现多层压合的优势。

本实施例提供的多波束馈电网络装置，以罗杰斯射频板材为载体，降低了成本，且材料的应用范围较广，良好地解决了卫通领域成本的难题。同时辅以射频封装芯片，可大幅度降低应用门槛，对于整体系统的成本具有系列化优势。

本实施例提供的多波束馈电网络装置，利用系统性的设计思路，分立式实现多套馈电网络设计，较为灵活地实现了多波束馈电网络。通过充分利用叠层中各层的布线面积，降低了实现难度，同时降低了多波束馈电网络的结构尺寸与厚度，对于目前毫米波卫通等系统应用都具有较好的实现意义。

本实施例提供的多波束馈电网络装置，充分利用了单子板材的结构优势，通过多层垂直一体化分解设计的思路，有机地将射频层的利用率发挥最大，相比传统LTCC搭配毛纽扣的方式，大大降低了尺寸，实现了多波束的收发共口径。同时利用低成本射频板材实现的多波束收发共口径馈电网络，相比目前常规LTCC搭配毛纽扣的方式具有明显的成本优势，本实施例充分利用了每层射频板材的有效面积，使其利用率得到最大发挥，对于整体的实施成本可以降到最低，同时本实施例的实施方式简单，降低了加工的工艺难度。

在上述基础上，本实施例还提供一种卫星系统，包括卫星天线以及前述实施方式任一项所述的多波束馈电网络装置，所述卫星天线与所述多波束馈电网络装置连接。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述卫星系统的具体工作过程，可以参考前述装置中的对应过程，在此不再过多赘述。

综上，本实施例提供的多波束馈电网络装置和卫星系统，包括合成结构以及至少两个芯片，各芯片设置有波束通道，各芯片通过波束通道输出波束，波束通道与合成结构连接，每两个芯片之间输出的波束通过合成结构进行合成，以此实现多波束馈电网络，降低了实现难度，且提高了多波束馈电网络的集成度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多波束馈电网络装置，其特征在于，包括合成结构以及至少两个芯片，各所述芯片设置有波束通道，各所述芯片通过所述波束通道输出波束，所述波束通道与所述合成结构连接；

每两个所述芯片之间输出的波束通过所述合成结构进行合成。

2.根据权利要求1所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，所述合成结构包括第一合成结构以及第二合成结构，各所述波束通道与所述第一合成结构连接，所述第一合成结构与所述第二合成结构连接；

每两个所述芯片之间输出的波束通过所述第一合成结构进行合成；

每两个通过所述第一合成结构合成的波束通过所述第二合成结构再次进行合成。

3.根据权利要求2所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，每个所述芯片设置的波束通道包括多个子波束通道，每个所述子波束通道设置有标识；所述第一合成结构包括第一射频板以及多个第一带线功分器，各所述第一带线功分器设置于所述第一射频板上；

每个所述第一带线功分器用于连接每两个所述芯片中每个所述芯片的其中一个子波束通道，每个所述第一带线功分器所连接的两个子波束通道具有相同标识；

每个所述第一带线功分器用于对所连接的两个子波束通道输出的波束进行合成。

4.根据权利要求3所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，所述第二合成结构包括第二射频板以及多个第二带线功分器，各所述第二带线功分器设置于所述第二射频板上；

各所述第二带线功分器分别与两个所述第一带线功分器连接；其中，每个所述第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个子波束通道具有相同标识；

各所述第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的波束进行合成。

5.根据权利要求2所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，每个所述芯片设置的所述波束通道包括至少一个接收波束通道以及至少一个发射波束通道，每个所述接收波束通道以及每个所述发射波束通道设置有标识；所述第一合成结构包括第一射频板以及多个第一带线功分器，各所述第一带线功分器设置于所述第一射频板上；

每个所述第一带线功分器用于连接每两个芯片中的每个所述芯片的其中一个接收波束通道，或者，用于连接每两个芯片中的每个所述芯片的其中一个发射波束通道；其中，每个所述第一带线功分器所连接的两个接收波束通道或者两个发射波束通道具有相同标识；

每个所述第一带线功分器用于对所连接的两个接收波束通道或两个发射波束通道输出的波束进行合成。

6.根据权利要求5所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，所述第二合成结构包括第二射频板以及多个第二带线功分器，各所述第二带线功分器设置于所述第二射频板上；

各所述第二带线功分器分别与两个所述第一带线功分器连接；其中，每个所述第二带线功分器所连接的第一带线功分器连接的两个接收波束通道或者两个发射波束通道具有相同标识；

各所述第二带线功分器用于对所连接的两个第一带线功分器输出的接收波束或者发射波束进行合成。

7.根据权利要求4或6所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，所述合成结构包括多个第一过渡结构以及多个第二过渡结构；

各所述波束通道通过各所述第一过渡结构与各所述第一带线功分器连接；

各所述第一带线功分器通过各所述第二过渡结构与各所述第二带线功分器连接。

8.根据权利要求4或6所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，所述合成结构还包括传输接口以及多个第三过渡结构；

各所述第一带线功分器通过各所述第三过渡结构与所述传输接口连接，或者各所述第二带线功分器通过各所述第三过渡结构与所述传输接口连接；

各所述第一带线功分器或者各所述第二带线功分器合成的波束通过所述第三过渡结构进入到所述传输接口，通过所述传输接口进行传输。

9.根据权利要求8所述的多波束馈电网络装置，其特征在于，所述传输接口设置于第一射频板或第二射频板。

10.一种卫星系统，其特征在于，包括卫星天线以及权利要求1-9任一项所述的多波束馈电网络装置，所述卫星天线与所述多波束馈电网络装置连接。

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