CN112531313B - 用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，包括：四联装单元天线、一分四功分器、一分二低频电缆、第一高频电缆、第二高频电缆、第三高频电缆、第四高频电缆、第一双通道移相发射组件及第二双通道移相发射组件；一分二低频电缆分别与两个双通道移相发射组件相连；一分四功分器用于将接收的射频信号进行功率分配后分别输出至两个双通道移相发射组件进行移相放大；经第一双通道移相发射组件移相放大后的信号再分别经第一高频电缆、第二高频电缆输出至四联装单元天线，经第二双通道移相发射组件移相放大后的信号再分别经第三高频电缆、第四高频电缆输出至四联装单元天线。

Description

用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵。

背景技术

随着航天任务的多样化以及测控手段的进步，多个型号引入了天基测控的方法，特别是对于长期在轨、轨道多变、有上行注入需求的飞行器。天基测控的应用在很大程度上弥补了地基测控跟踪弧段短的劣势，基本实现了遥测数据实时回传，遥控指令实时上注的功能。目前天基测控的主要应用对象是中继卫星系统。

中继用户终端是中继卫星系统的一部分，安装在运载火箭上，将火箭的各种数据通过相控阵天线传向中继卫星。由于火箭的飞行速度很快，且飞行过程中的位置坐标、偏航角和滚动角参数的变化范围较大，因此只有相控阵天线才能满足指向的扫描速率、波束覆盖范围等要求。

目前国内的箭载相控阵天线常使用的传统天线子阵，存在组装复杂、结构庞大，散热困难等缺点。因此亟需研制一种符合箭上使用环境的高集成、轻小化、热处理能力优良的四联装天线子阵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，以解决现有的箭载相控阵天线常使用的传统天线子阵存在组装复杂、结构庞大，散热困难等缺点的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，包括：四联装单元天线、一分四功分器、一分二低频电缆、第一高频电缆、第二高频电缆、第三高频电缆、第四高频电缆、第一双通道移相发射组件及第二双通道移相发射组件；

所述一分二低频电缆分别与所述第一双通道移相发射组件及第二双通道移相发射组件相连；所述一分四功分器用于将接收的射频信号进行功率分配后分别输出至所述第一双通道移相发射组件及第二双通道移相发射组件进行移相放大；经所述第一双通道移相发射组件移相放大后的信号再分别经所述第一高频电缆、第二高频电缆输出至所述四联装单元天线，经所述第二双通道移相发射组件移相放大后的信号再分别经所述第三高频电缆、第四高频电缆输出至所述四联装单元天线。

较佳地，还包括相变材料吸热冷板，所述四联装单元天线、一分四功分器、双通道移相发射组件、一分二低频电缆、第一高频电缆、第二高频电缆、第三高频电缆、第四高频电缆设置在所述相变材料吸热冷板上。

较佳地，所述相变材料吸热冷板设置为金属腔体结构，内部的多腔结构内密封相变材料以用于吸热。

较佳地，所述相变材料为石蜡。

较佳地，所述四联装单元天线集成在一块微波印制板上，所述微波印制板设置在铝合金衬板上。

较佳地，所述微波印制板介电常数为3.5，厚度为3.0mm。

较佳地，所述四联装单元天线采用顺序旋转相位排布。

较佳地，所述一分四功分器的输入输出端口采用“瓦片式”垂直互联安装。

较佳地，所述一分四功分器通过垂直装板SMP快插式连接器实现“瓦片式”垂直互联安装。

较佳地，所述四联装单元天线的单元天线的工作参数为：3dB波束宽度为60°，带宽为41MHz，驻波比为1.3。

本发明提供的用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵采用高集成化设计，同时配装相变材料吸热冷板。相比于传统四天线子阵，该发明有利于减小相控阵天线体积，提高相控阵天线散热能力。

为解决四联装天线子阵高集成化设计与配备相变材料吸热冷板增加的射频电路与结构设计的复杂性，本发明采用下述方案：四联装单元天线集成在一块微波印制板上，印制板安装在铝合金衬板上；吸热冷板采用金属腔体结构，内部多腔结构密封相变材料用于吸热；一分四功分器输入输出端口采用“瓦片式”垂直互联设计。以上方案确保四联装天线子阵在体积与热处理能力上均优于传统四天线子阵。

附图说明

图1为本发明提供的用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵组成示意图；

图2为本发明优选实施例的四联装单元天线安装俯视示意图；

图3为本发明优选实施例的四联装单元天线安装侧视示意图；

图4为本发明优选实施例的四联装单元天线顺序旋转法排布示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本实施例提供了一种用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，该装置包括：四联装单元天线10、一分四功分器20、一分二低频电缆30、第一高频电缆40、第二高频电缆50、第三高频电缆60、第四高频电缆70、第一双通道移相发射组件80及第二双通道移相发射组件 90。其中，本实施例中的第一双通道移相发射组件80及第二双通道移相发射组件90两者为型号及功能均相同的电器件，而上述用于将低频信号和电源分为两通道的一分二低频电缆30分别与上述的第一双通道移相发射组件80及第二双通道移相发射组件90相连。

该用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵在工作时，首先由一分四功分器20接收射频信号，然后将接收到的射频信号进行功率分配后分别输出至上述的第一双通道移相发射组件80及第二双通道移相发射组件90进行移相放大。经第一双通道移相发射组件80移相放大后的信号再分别经第一高频电缆40、第二高频电缆50输出至四联装单元天线10，经第二双通道移相发射组件90移相放大后的信号再分别经第三高频电缆60、第四高频电缆70输出至四联装单元天线10以进行进一步处理。

进一步参考图1所示，本实施例中所提供的用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵还包括相变材料吸热冷板，上述的四联装单元天线10、一分四功分器20、一分二低频电缆30、第一高频电缆40、第二高频电缆50、第三高频电缆60、第四高频电缆70、第一双通道移相发射组件 80及第二双通道移相发射组件90均设置在该相变材料吸热冷板上，该相变材料吸热冷板起到为上述电器件降温的作用。

上述的相变材料吸热冷板设置为金属腔体结构，内部的多腔结构内密封相变材料以用于吸热，冷板内部的金属腔体在容纳相变材料的同时便于与相变材料的热量传递。相变材料具有无毒、无腐蚀性、化学性质稳定的特性及较高的熔解热，在吸收热量后逐步由固态转变为液态，同时在转变过程中不产生有害物质、不发生较大的体积膨胀。

本实施例中的相变材料设置为石蜡，石蜡具有无毒、无腐蚀性、化学性质稳定，相变时不产生有害物质的优点，同时具有较高的熔解热同时具有较低的体积膨胀率。

参考图2所示，本实施例中，四联装单元天线10中的各单元天线集成在一块微波印制板上，可以保证四单元天线容易装配，且制造一致性好。有效地避免了四个单元天线分开制作，需要四块独立小面积微波介质板，再拼装在一起形成四联装天线子阵过程中，其再拼装所造成的单元天线参数离散化，一致性差，拼装难度大，公差不易控制，组装难度加大的问题。

再次参考图2所示，上述的微波印制板设置在一铝合金衬板上，安装螺钉提高结构强度，将微波印制板中部剪切出“十字”空槽。再次参考图3所示，馈电选择同轴探针底馈，同轴探针通过法兰安装在铝合金衬板上，探针的内导体穿过衬板与微波印制板焊接到单元天线辐射元上。这里设置的四联装单元天线通过采用加大微波复合介质板板厚和增加铝合金衬板的方法避免了面积大引入机械强度减弱的风险。

本实施例中的微波印制板采用介电常数为3.5，厚度为3.0mm的双层微波复合介质板设计。该型双层微波复合介质板可以满足运载产品的可靠性要求；微波复合介质板太薄，机械强度会降低，容易发生翘曲、断裂等问题；介质板太厚又会增加重量和尺寸。该型双层微波复合介质板不增加工艺的复杂性，易于加工，成品率高，成本低。

本实施例中的四联装单元天线采用顺序旋转相位排布，这种排布方式可以有效地保证相控阵天线的圆极化轴比。具体地，四联装单元天线采用顺序旋转相位的方法排布在同一平面内，每个单元天线之间相位差为90°。2× 2的天线单元采用旋转馈电法的示意图如图4所示。设子阵为右旋圆极化工作，子阵中的天线单元按右旋方向逐个增加90°。通过相位旋转，只留下右旋分量，抵消左旋分量，天线主波束内极化纯度得到改善，提高了圆极化轴比指标。

本实施例中的一分四功分器用于将输入射频信号等相位、等功率分配给上述的两个双通道移相发射组件。其信号的输入输出方式一般采用传统的微波电缆连接方式。本实施例中的一分四功分器的输入输出端口采用“瓦片式”垂直互联安装，可以保证相控阵天线的结构紧凑型。这里的一分四功分器通过采用“瓦片式”垂直互联输入输出结构，与双通道移相发射组件垂直式插拔互联

其中，一分四功分器通过垂直装板SMP快插式连接器实现“瓦片式”垂直互联安装。该一分四功分器一共有5个微波输入输出接口，分布于一分四功分器的两个面。功分器内部采用特殊的“平面-垂直”过渡带状线结构实现微波信号传播方向的改变。

本实施例中的四联装单元天线的单元天线的工作参数为：3dB波束宽度为60°，带宽为41MHz，驻波比为1.3。该单元天线3dB波束宽度较宽，带宽较宽，性能优于一般的天线单元。

综上所述，本发明通过采用：将四联装天线集成在一整块微波复合介质板，下面安装铝合金衬板；四联装单元天线采用相位顺序旋转法进行排布；采用带有相变材料的吸热冷板；使用“瓦片式”垂直互联结构的一分四功分器等技术方案，使得四联装天线子阵相比传统天线子阵具备高集成度与优良的热处理能力等特性。

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，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，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的权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，其特征在于，包括：四联装单元天线、一分四功分器、一分二低频电缆、第一高频电缆、第二高频电缆、第三高频电缆、第四高频电缆、第一双通道移相发射组件及第二双通道移相发射组件；

所述一分二低频电缆分别与所述第一双通道移相发射组件及第二双通道移相发射组件相连；所述一分四功分器用于将接收的射频信号进行功率分配后分别输出至所述第一双通道移相发射组件及第二双通道移相发射组件进行移相放大；经所述第一双通道移相发射组件移相放大后的信号再分别经所述第一高频电缆、第二高频电缆输出至所述四联装单元天线，经所述第二双通道移相发射组件移相放大后的信号再分别经所述第三高频电缆、第四高频电缆输出至所述四联装单元天线；

还包括相变材料吸热冷板，所述四联装单元天线、一分四功分器、双通道移相发射组件、一分二低频电缆、第一高频电缆、第二高频电缆、第三高频电缆、第四高频电缆设置在所述相变材料吸热冷板上；所述相变材料吸热冷板设置为金属腔体结构，内部的多腔结构内密封相变材料以用于吸热；

所述四联装单元天线集成在一块微波印制板上，所述微波印制板设置在铝合金衬板上；所述四联装单元天线采用顺序旋转相位排布；所述一分四功分器的输入输出端口采用“瓦片式”垂直互联安装。

2.根据权利要求1所述的用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，其特征在于，所述相变材料为石蜡。

3.根据权利要求1所述的用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，其特征在于，所述微波印制板介电常数为3.5，厚度为3.0mm。

4.根据权利要求1所述的用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，其特征在于，所述一分四功分器通过垂直装板SMP快插式连接器实现“瓦片式”垂直互联安装。

5.根据权利要求1所述的用于运载火箭中继用户终端相控阵天线的四联装天线子阵，其特征在于，所述四联装单元天线的单元天线的工作参数为：3dB波束宽度为60°，带宽为41MHz，驻波比为1.3。

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