CN112993598B - 一种用于低轨航天器的低成本透明相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于低轨航天器的低成本透明相控阵天线，属于天线技术领域。该天线包括太阳帆板、接收相控阵天线阵面、发射相控阵天线阵面、接收天线电路、发射天线电路，其中，接收相控阵天线阵面为透明结构设置于太阳帆板的向光面上方用于接收信号，与太阳帆板之间具有间隙；发射相控阵天线阵面为透明结构设置于太阳帆板的向光面上方用于发射信号，与太阳帆板之间具有间隙；接收天线电路设置于太阳帆板的背光面上并与接收相控阵天线阵面连接；发射天线电路设置于太阳帆板的背光面上并与发射相控阵天线阵面连接。本发明的天线通过与太阳帆板集成设计，提高了天线的辐射能力，从而增强了低轨航天器的通信载荷能力。

Description

一种用于低轨航天器的低成本透明相控阵天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种用于低轨航天器的低成本透明相控阵天线。
背景技术
航天器在低轨道运转时，其对地通信具有传输时延短、路径损耗小的优点，例如，目前的移动卫星通信(铱星和全球星系统等)、天基物联网均是采用LEO(低轨)卫星。如果将低轨航天器与GEO(高轨)卫星之间建立星间传输链路，可以提高低轨航天器对地球的通信覆盖范围。随着地面业务需求的增加，对低轨航天器通信载荷的需求将由过去的单一工作模式过渡到多任务模式。这种业务需求的变化对低轨航天器通信载荷的要求是，航天器上的天线数量需要增加，并提升天线波束增益。而低轨航天器上的空间有限，采用传统天线设计方法，在狭小的空间范围内安装多付天线、提高天线增益存在技术难度。
因此为了提高低轨航天器天线的通信能力，科研人员提出利用航天器的太阳帆板与天线进行集成设计。在太阳能电池帆板上设计天线，主要有以下几种方式:(1)利用太阳能电池帆板上电池模块之间的安装缝隙，设计缝隙天线单元，必要时形成缝隙天线阵列。这种缝隙天线单元或者阵列是与太阳能电池模块共面放置的，参见Stefano Vaccaro 等发表的论文：“Two Advanced Solar Antenna‘SOLANT’Designs for Satellite andTerrestrial Communications”，IEEE Transactions on Antennas and Propagation,Vol.15,No.8,2003,pp. 2028-2034.这种方法的问题是，缝隙天线单元在组阵应用时，受限于太阳能电池模块的尺寸大小，可能造成单元间距大于半波长而出现方向图旁瓣；(2)在太阳能电池帆板的电池单元表面，采用导电薄膜印刷或者喷墨印刷技术形成网格化的微带天线，太阳光能够透过天线表面网格进入电池单元，参见Taha Yekan等发表的论文：“Conformal Integrated Solar Panel Antennas”,IEEE Antennas and PropagationMagazine,Vol.4,2017,pp. 69-78.这种方法的问题是，太阳能电池模块对其表面上的网格状天线造成不可忽略的影响，难以对天线进行独立设计；(3)将太阳能电池模块放置在传统微带天线表面上，通过孔径耦合的方法对微带天线馈电，参见Thomas R.Jones等发表的论文：“Solar Panel Integrated Circular Polarized Aperture-Coupled Patch Antennafor CubeSat Applications”, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,Vol.17,No.10,2018,pp.1895-1899.这种方法的问题是，微带天线大小受限于太阳能电池模块的尺寸，难以组阵应用和圆极化设计。
此外，申请号为201710080201.0的中国专利公开了一种航天器太阳能帆板共形天线，该专利中，将太阳能帆板的大面积基板作为天线底板，在太阳能帆板背面设计天线阵；以及，申请号为202010182993.4的中国专利公开了一种与太阳帆板共型设计的星载平面反射阵天线，同样是将天线阵面设置在太阳帆板的背面。然而，将天线阵面设置在太阳帆板背面时，虽然提高了天线的辐射面积，但在天线工作时，太阳帆板的金属基板对信号会有一定的干扰作用，从而影响卫星通信质量。
综上分析，可以看出，现有的与太阳帆板集成设计的天线，辐射能力依然受限，导致地轨航天器通信载荷能力弱，因此需要对天线进行再设计，以提高辐射能力，从而提高低轨航天器的通信载荷能力。
发明内容
技术问题：针对现有的与太阳帆板集成设计的天线辐射能力受限的问题，本发明提供一种用于低轨道航天器的低成本透明相控阵天线，通过将天线阵面透明化，并与太阳帆板集成设计，提高了天线的辐射能力，并且通信可靠性高、研制成本低。
技术方案：本发明提供一种用于低轨航天器的低成本透明相控阵天线，包括：
太阳帆板；
接收相控阵天线阵面，为透明结构，设置于所述太阳帆板的向光面上方用于接收信号，与太阳帆板之间具有间隙；
发射相控阵天线阵面，为透明结构，设置于所述太阳帆板的向光面上方用于发射信号，与太阳帆板之间具有间隙；
接收天线电路，设置于所述太阳帆板的背光面上并与接收相控阵天线阵面连接，用于对接收信号进行处理；
发射天线电路，设置于所述太阳帆板的背光面上并与发射相控阵天线阵面连接，用于对发射信号进行处理。
进一步地，所述接收相控阵天线阵面和发射相控阵天线阵面均包括透明基板、呈矩形阵列设置在透明基板的向光面上的M×N个微带天线单元和设置在透明基板的背光面上的接地面，所述发射相控阵天线阵面的微带天线单元与发射天线电路连接，所述接收相控阵天线阵面的微带天线单元与接收天线电路连接。
进一步地，所述微带天线单元、接地面均采用金属网格工艺，利用矩形网格或菱形网格离散化，使得微带天线单元和接地面呈透明结构。
进一步地，所述太阳帆板包括金属底板、设置在所述金属底板的向光面上的若干个电池模块；所述金属底板的背光面上凹槽，所述发射天线电路和接收天线电路置于所述凹槽中，并通过金属盖板将凹槽封闭；
金属底板中开有与凹槽连通的线缆槽，用于设置通信电缆。
进一步地，所述接收相控阵天线阵面和发射相控阵天线阵面通过若干个支撑螺杆设置在金属底板上，所述支撑螺杆位于若干个电池模块之间的缝隙中。
进一步地，M×N个所述微带天线单元构成M个一维线阵，每个所述一维线阵包括沿行方向分布的N个微带天线单元；或，
构成N个一维线阵，每个所述一维线阵包括沿列方向分布的M个微带天线单元。
进一步地，所述接收天线电路包括M或N个接收天线电路支路，接收相控阵天线阵面的每个所述一维线阵与对应的接收天线电路支路；所述接收天线电路支路包括：
低噪放组件，与对应的一维线阵连接，用于将接收信号放大；
接收馈电网络，与所述低噪放组件连接，并输出接收信号波束；
定向耦合器组件，与所述接收馈电网络连接，所述波束信号进入定向耦合器组件，产生接收主信号和取样信号；
滤波器组件，与所述定向耦合器组件连接，用于对所述取样信号进行滤波；
模数转换器，与所述滤波器组件连接，用于对滤波后的取样信号进行模数转换，将取样信号变为数字信号；
波束切换控制模块，与模数转换器连接，根据所述数字信号，输出波束切换控制指令；
接收波束切换开关，与定向耦合器组件和波束切换控制模块连接，根据所述切换控制指令对接收波束切换开关进行切换控制，对接收主信号进行选择；
接收通道移相器，与接收波束切换开关连接，用于对接收波束切换开关输出的波束进行相位差补偿；
M或N个接收天线电路支路通过合路器进行合路，得到最终接收信号。
进一步地，所述发射天线电路包括分路器、与分路器连接的M或N个发射天线电路支路，发射相控阵天线阵面的每个所述一维线阵与对应的发射天线电路支路连接；所述发射天线电路支路包括：
发射通道移相器，用于对发射信号波束的进行相位预置；
波束切换控制模块，对输入信号进行判断，输出波束切换控制指令；
发射波束切换开关，与所述发射通道移相器和波束切换控制模块连接，根据波束控制指令控制发射波束切换开关切换，选择发射信号波束；
发射馈电网络，与所述发射波束切换开关连接，用于对所述发射信号波束进行馈电；
功放组件，分别与发射馈电网络和对应的发射相控阵天线阵面的一维线阵连接，用于将发射信号放大，放大后的发射信号通过一维线阵发射。
进一步地，接收波束切换开关和发射波束切换开关均为多波束切换开关，所述多波束切换开关包括级联的P级切换开关组件、合路端口和若干个波束端口，每级切换开关组件分别包括P，P-1，…,1个子切换开关，通过调整子切换开关状态，使得所述多波束切换开关能够进行行波束连续切换，保证至少一个波束端口连通。
进一步地，所述子切换开关包括：
第一微带线，包括依次连接的第一端口开关、第一线段、第二线段、第三线段、第四线段和第二端口开关，所述第二线段和第三线段连接点处设置有第五线段，所述第一线段与第四线段之间设置有第一射频开关；
第二微带线，与所述第二线段平行耦合，第二微带线的一端通过第二射频开关与第一线段连接，另一端通过第三射频开关与第五线段连接；
第三微带线，与所述第三线段平行耦合，第三微带线的一端通过第四射频开关与第四线段连接，另一端通过第五射频开关与第五线段连接。
进一步地，所述子切换开关的状态包括：
当所述第一端口开关允许通过信号波束时但第二端口开关禁止通过信号波束时，第一端口开关闭合，第二端口开关开路，第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关连通，第四射频开关、第五射频开关均断开；
当所述第一端口开关禁止通过信号波束时但第二端口开关允许通过信号波束时，第一端口开关开路，第二端口开关闭合，第一射频开关、第四射频开关、第五射频开关均连通，第二射频开关、第三射频开关均断开；
当所述第一端口开关和第二端口开关均允许通过信号波束时，第一端口开关闭合，第二端口开关闭合，第一射频开关连通，第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关、第五射频开关均断开。
进一步地，波束切换控制模块输出控制指令的方法包括：
输入切换控制模块中的K个信号波束，并进行编号；
相邻编号的波束信号进行合路，产生K-1个合路信号波束；
通过比较2K-1个信号波束的幅值大小，得到幅值最大的信号波束，输出对应的波束切换控制指令。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明的实施例中的相控阵天线，将接收相控阵天线阵面和发射相控阵天线阵面均设计为透明结构，设置在太阳帆板的向光面上方，而将接收天线电路和发射天线电路设置在太阳帆板的背光面上，实现了天线与太阳帆板的集成设计，充分利用的太阳帆板，从而极大地增加了天线的口径面积；同时，太阳光照射到天线阵面时，由于天线阵面是透明的，因此太阳光线能够透过天线阵面，照射在太阳帆板上，因此天线阵面不会影响太阳帆板工作；此外，由于天线阵面位于太阳帆板的向光面，在与GEO卫星进行通信时，能够减少了太阳帆板的影响，因此，本发明所提出的天线，相对于现有天线，有效地提高了天线的辐射能力，从而增加了低轨航天器通信载荷的业务容量。
(2)相对于现有的M行N列的二维天线阵而言，移相器的数量是M×N，随着天线单元数量规模的增加，研制成本上升。而本发明的实施例中，所用的移相器数量最多为2M或2N个，最少只要M或N个，而本发明的实施例中，在一维线阵多波束切换的基础上，进行相位补偿，在实现天线波束二维电扫描的同时，所用移相器数量最多降低了N倍或M倍，从而显著降低了天线的研制成本。
(3)低轨航天器绕地飞行，在飞抵通信区域时，需要与高轨卫星之间建立星间链路，而采用单一固定波束，受天线波束指向角的影响，低轨航天器与高轨卫星星间通信时间短。利用本发明所提出的天线的结构及相应的电路，使得天线产生相控阵波束扫描，实现低轨航天器天线的波束能在航天器运动过程中自动指向GEO卫星，与单一固定波束相比，相控阵波束扫描的方法可以延长低轨航天器与GEO卫星通信链路的保持时间。
(4)多波束切换的目的是确定当前最佳波束，通过开关切换使其对准通信方向，利用本发明所提出的多波束切换开关并结合实施例中给出的相应控制方式，实现了多波束无间断的切换，能够避免传统多波束切换过程中，有信号短时中断的问题。因此，在多波束切换的过程中，至少有一个波束通道是连通的，消除信号的短时中断，提高了多波束切换瞬间的通信可靠性。
附图说明
图1为本发明的相控阵天线的应用场景及工作原理图；
图2为本发明的实施例中接收相控阵天线阵面的剖面结构示意图；
图3为本发明的实施例中发射相控阵天线阵面的剖面结构示意图；
图4为本发明的实施例中接收相控阵天线阵面或发射相控阵天线阵面的俯视示意图；
图5为矩形网格离散化示意图；
图6为菱形网格离散化示意图；
图7为本发明的一种实施例的天线阵面示意图；
图8为本发明实施例中接收/发射天线电路的原理图；
图9为本发明实施例中接收/发射天线电路的原理图；
图10为本发明的实施例中一种巴特勒矩阵馈电网络示意图；
图11为本发明的实施例中多波束切换开关的示意图；
图12为本发明的实施例中多波束切换开关的原理图；
图13为本发明的实施例中子切换开关(或一级)的结构示意图；
图14为本发明的实施例中子切换开关(或一级)的原理图；
图15为本发明的实施例中二级多波束切换开关的结构示意图；
图16为本发明的实施例中二级多波束切换开关的原理图。
图中有：100、太阳帆板；110、金属底板；120、电池模块；130、凹槽；140、线缆槽；150、金属盖板；
200、接收相控阵天线阵面；
300、发射相控阵天线阵面；
400、接收天线电路；401、接收天线电路支路；410、低噪放组件；411、低噪放模块；420、接收馈电网络430、定向耦合器组件；431、定向耦合器；440、滤波器组件； 450、模数转换器；460、接收波束切换开关；470、接收通道移相器；480、合路器；
500、发射天线电路；501、发射天线电路支路；510、分路器；520、发射通道移相器；530、发射波束切换开关；540、发射馈电网络；550、功放组件；551、功放模块；
010、透明基板；020、微带天线单元；021、一维线阵；030、接地面；040、支撑螺杆；050、射频同轴电缆；060、波束切换控制模块；070、子切换开关；071、第一微带线；0711、第一端口开关；0712、第一线段；0713、第二线段；0714、第三线段；0715、第四线段；0716、第二端口开关；0717、第五线段；072、第一射频开关；073、第二微带线；074、第二射频开关；075、第三射频开关；076、第三微带线；077、第四射频开关；078、第五射频开关；0701、第一子切换开关；0702、第二子切换开关；0703、第三子切换开关。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明，其中，术语“第一”、“第二”等仅限于描述目的，不能理解为对数量等的限制；并且，“连接”一词，作广义上解释，既可以是机械连接，也可以是电连接，或者信号连接等。
图1为发明的实施例中的天线应用场景，主要是将相控阵天线设置在低轨航天器上，例如LEO卫星，用于与GEO卫星的星间通信。低轨航天器通过本发明实施例中的相控阵天线向GEO卫星发射信号，并接收来自GEO卫星的信号。结合图1、图2和图3，本发明的实施例中，所提出的相控阵天线包括：太阳帆板100、接收相控阵天线阵面200、发射相控阵天线阵面300、接收天线电路400和发射天线电路500，其中，接收相控阵天线阵面200为透明结构，设置于太阳帆板100的向光面上方用于接收信号，并且与太阳帆板100之间具有间隙；发射相控阵天线阵面300同为透明结构，设置于所述太阳帆板100的向光面上方用于发射信号，并且与太阳帆板100之间具有间隙；接收天线电路 400和发射天线电路500均设置在太阳帆板100的背光面上，分别用于处理接收信号及发射信号。
本发明的实施例中的相控阵天线，将接收相控阵天线阵面200和发射相控阵天线阵面300均设计为透明结构，设置在太阳帆板100的向光面上方，而将接收天线电路400 和发射天线电路500设置在太阳帆板100的背光面上，实现了天线与太阳帆板100的集成设计，充分利用的太阳帆板100，从而极大地增加了天线的口径面积；同时，太阳光照射到天线阵面时，由于天线阵面是透明的，因此太阳光线能够透过天线阵面，照射在太阳帆板100上，因此天线阵面不会影响太阳帆板工作；此外，由于天线阵面位于太阳帆板100的向光面，在与GEO卫星进行通信时，能够减少了太阳帆板100的影响，因此，本发明的实施例中的天线，有效地提高了天线的辐射能力，增加了低轨航天器通信载荷的业务容量。
为了实现上述目的，在本发明的实施例中，具体的，如图2～4所示，接收相控阵天线阵面200和发射相控阵天线阵面300均包括透明基板010、呈矩形阵列设置在透明基板010的向光面上的M×N个微带天线单元020和设置在透明基板010的背光面上的接地面030，发射相控阵天线阵面300的微带天线单元020与发射天线电路500连接，所述接收相控阵天线阵面200的微带天线单元020与接收天线电路400连接。其中，在本发明的实施例中，天线单元020采用切角微扰结构，以产生圆极化电磁场辐射和接收。
为了使得发射相控阵天线阵面300和接收相控阵天线阵面200为透明结构，在本发明的实施例中，微带天线单元020以及接地面030均采用消费电子领域中玻璃触控面板制造时的金属网格工艺(Metal Mesh)，如图5和图6中，分别利用矩形网格或菱形网格将微带天线单元020以及接地面030离散化，离散化后线宽在微米量级别，从而形成透明的结构。同时，透明基板010采用涤纶树脂、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺等透光性材质，因此，当两个天线阵面设置在太阳帆板100上方后，在不影响太阳帆板 100工作的同时，增加了天线口径面积，从而提高了天线的辐射能力，使得天线性能得到提高。
低轨航天器中，结合图2～4，太阳帆板100包括金属底板110、设置在所述金属底板110的向光面上的若干个电池模块120。如果直接将接收天线电路400和发射天线电路500设置在金属底板110的背光面上，那么会使得金属底板110的背光面不平整，从而不便于太阳帆板100的收缩折叠，因此在本发明的实施例中，在金属底板110的背光面上凹槽130，将接收天线电路400和发射天线电路500置于凹槽130中，并通过金属盖板150将凹槽130封闭，使得金属底板110的背光面平整，便于太阳帆板100的折叠；同时，接收天线电路400和发射天线电路500更接近天线阵面，减少了天线阵面到天线电路的距离，从而在天线阵面与对应的天线电路之间进行信号传输时，能够减少能量损失。说明的是，当接收相控阵天线阵面200和发射相控阵天线阵面300设置在航天器一侧的太阳帆板100上时，可将接收天线电路400和发射天线电路500设置在一个凹槽130 中；如果当接收相控阵天线阵面200和发射相控阵天线阵面300分别设置在航天器两侧的太阳帆板100上时，可在每侧的金属底板110的背光面上各开一个凹槽130，分别放置接收天线电路400和发射天线电路500。
为了使得天线能够将信号传输到航天器本体中，在本发明的实施例中，金属底板110 中开有与凹槽130连通的线缆槽140，用于设置通信电缆，从而避免了在太阳帆板100外部进行布线，不影响太阳帆板100的平整度以及避免通信电缆收外接环境影响造成损坏。
进一步的，在本发明的实施例中，发射相控阵天线阵面300和接收相控阵天线阵面200通过若干个支撑螺杆040设置在金属底板110上，从而使得发射相控阵天线阵面300 和接收相控阵天线阵面200与太阳帆板100之间具有间隙；并且，支撑螺杆040位于若干个电池模块120之间的缝隙中，从而不用对电池模块120进行钻孔，减少对向电池模块120的影响。
在本发明的实施例中，微带天线单元020采用同轴探针馈电技术，因此，通过射频同轴电缆050将发射相控阵天线阵面300与发射天线电路500连接，射频同轴电缆050 与发射相控阵天线阵面300垂直；以及，通过射频同轴电缆050将接收相控阵天线阵面 200与接收天线电路400连接，射频同轴电缆050与接收相控阵天线阵面200垂直。并且，为了不对电池模块120产生影响，射频同轴电缆050也设置在电池模块120的间隙内。
天线性能的不仅是通过天线结构的保证，还需要通过其电路进行保证。在本发明的实施例中，如图7所示，M×N个所述微带天线单元020可以构成M个一维线阵021，每个一维线阵021包括沿着行方向(如图7中X方向)分布的N个微带天线单元020；或者，在其他实施例中，构成N个一维线阵，此时，每个一维线阵021包括沿列方向(如图7中Y方向)分布的M个微带天线单元020。例如，图7所示的实施例中，发射相控阵天线阵面300和接收相控阵天线阵面200均包括4×8个微带天线单元020，当沿着行方向(如图7中X方向)分布的8个微带天线单元020构成一个一维线阵021时，可以构成4个一维线阵021；当沿着列方向(如图7中Y方向)分布的4个微带天线单元 020构成一个一维线阵021时，可以构成8个一维线阵。
首先对接收天线电路300进行说明，结合图8和图9，以接收相控阵天线阵面200 包括M个一维线阵021的实施例进行说明，此时接收天线电路400包括M个接收天线电路支路401，每个接收相控阵天线阵面200的一维线阵021与对应的接收天线电路支路401连接。其中，接收天线电路支路401包括低噪放组件410、接收馈电网络420、定向耦合器组件430、滤波器组件440、模数转换器450、波束切换控制模块060、接收波束切换开关460和接收通道移相器470。
其中，低噪放组件410与对应的一维线阵021连接，用于将接收信号放大，当每个一维线阵021中包括N个微带天线单元020时，低噪放组件410包括N个低噪放模块 411，每个低噪放模块411与对应的微带天线单元020连接。例如当天线阵面为图7所示的实施例中，M为4，N为8，那么一个低噪放组件410中包括8个低噪放模块411。
接收馈电网络420与低噪放组件410连接，接收信号在接收馈电网络420进行馈电，然后输出接收信号波束。在本发明的实施例中，接收馈电网络420可采用巴特勒矩阵馈电网络或罗特曼透镜馈电网络，当每个一维线阵中包括N个微带天线单元020时，此时接收馈电网络420包括N个输入端口和N个输出端口。例如10图为一种巴特勒矩阵馈电网络的结构图，共有4个输入端口和4个输出端口，而利用图10的结构，那么可以适应于图7所示结构的实施例中，以一列4个微带天线单元020构成一个一维线阵021 的情形。
定向耦合器组件430与接收馈电网络420连接，接收馈电网络420输出的接收信号波束进入定向耦合器组件430后，产生接收主信号和取样信号；当接收馈电网络420输出N个接收信号波束时，此时定向耦合器组件430包括N个定向耦合器431，每个接收信号波束进入对应的定向耦合器431，产生一个接收主信号和一个取样信号，因此定向耦合器组件430共产生N个接收主信号和N个取样信号。
滤波器组件440与定向耦合器组件430连接，用于对取样信号在工作的载波频率上进行滤波。
模数转换器450滤波器组件440连接，用于对滤波后的取样信号进行模数转换，将取样信号变为数字信号。
波束切换控制模块060与模数转换器450连接，在接收天线电路400中，波束切换控制模块060可以根据输入的若干个信号，通过对若干个信号进行处理，产生一个波束切换控制指令，例如在本发明的实施例中，每个一维线阵包括N个微带天线单元020，则有N个取样信号，经滤波和模数转换后，对应N个数字信号，通过对这N个数字信号进行处理，产生一个波束切换控制指令。
接收波束切换开关460与定向耦合器组件430和波束切换控制模块060连接，可根据所述切换控制指令对接收波束切换开关460进行切换控制，对接收主信号进行选择。由于定向耦合器组件430组件能够产生N个主接收信号，但这N个主接收信号并不都是想要的，因此，必须进行挑选，选择需要的那个主接收信号，因此切换控制指令输入到接收波束切换开关460后，会控制接收波束切换开关460进行切换选择，选择出需要的主接收信号。说明的是，选择的主接收信号可能是单一的信号波束，也可能是两个信号波束合路产生的合波束。
接收通道移相器470与接收波束切换开关460连接，用于对接收波束切换开关输出的波束进行相位差补偿。
M个接收天线电路支路401能够输出M个接收信号波束，然后M个接收信号波束通过一个合路器480进行合路，即可得到最终的接收信号，接收信号可通过接收电缆发送到航天器本体中。
从信号的角度再进行说明，该实施例中，一个一维线阵接收N个信号，N个信号通过低噪放组件410进行低噪声放大；然后在接收馈电网络420中进行馈电后输出；然后信号进入定向耦合器组件430，产生N个主接收信号和N个取样信号；N个主接收信号直接进入接收波束切换开关460等待选择，而N个取样信号经过滤波和模数转换，进入波束切换控制模块060，波束切换控制模块060对N个取样信号进行处理，输出波束切换控制指令；根据波束切换控制指令控制接收波束切换开关460进行切换，选择出需要的接收信号波束，选择出的接收信号波束在接收通道移相器470中进行相位差补偿；最后M个接收信号波束经过合路器480进行合路，输出最终的接收信号。
在包括N个一维线阵021的实施例中，包括N个接收天线电路支路401，此时，低噪放组件410中包括M个低噪放模块411，定向耦合器组件430包括M个定向耦合器 431，其他的信号流程与包括M个一维线阵021的实施例中一致。此时，需要N个接收通道移相器470对N个接收信号波束进行相位差补偿，最后N个接收信号波束通过合路器480合路，得到最终的接收信号。
可以看出，利用本发明中接收天线电路，共需要M或N个接收通道移相器480，而现有技术中，对于M行N列的二维天线阵而言，接收通道移相器的数量是M×N，随着天线单元数量规模的增加，研制成本上升。而本发明的实施例中，所用的接收通道移相器数量仅为M或N个，可显著降低低轨航天器相控阵天线的研制成本。
信号的发射和接收是一个相反的过程，发射天线电路500包括分路器510、与分路器510连接的M或N个发射天线电路支路501，发射相控阵天线阵面300的每个一维线阵021与对应的发射天线电路支路501连接。具体的，当发射相控阵天线阵面300包括M个一维线阵021时，分路器510连接M个发射天线电路支路501；当发射相控阵天线阵面300包括N个一维线阵021时，分路器510连接N个发射天线电路支路501。
结合图8～9，发射天线电路支路501包括发射通道移相器520、波束切换控制模块060、发射波束切换开关530、发射馈电网络540、功放组件550。其中，发射通道移相器520，用于对发射信号波束的进行相位预置，可以根据发射信号的空间指向角，预置阵天线阵面300中每个一维线阵021的相位分布；波束切换控制模块060，对输入信号进行处理，输出波束切换控制指令；发射波束切换开关530与发射通道移相器520和波束切换控制模块060连接，根据波束控制指令控制发射波束切换开关530切换，选择发射信号波束；发射馈电网络540与发射波束切换开关530连接，用于对发射信号波束进行馈电，发射馈电网络540同样可采用巴特勒矩阵馈电网络或罗特曼透镜馈电网络；功放组件550分别与发射馈电网络540和对应的发射相控阵天线阵面300的一维线阵021 连接，用于将发射信号放大，放大后的发射信号通过一维线阵021发射。其中，发射天线电路500与接收天线电路400可一共用一个波束切换控制模块060。功放组件550中包括与一维线阵021中微带天线单元020等数量的功放模块551。
可以看出，发射天线电路同样只需要M或N个发射通道移相器520，结合接收天线电路400，每个天线最多只需要2M或2N个移相器，如果接收天线电路400和发射天线电路500的移相器是共用的，那么每台天线只需要M或N个移相器，从而天线成本更进一步的降低。因此，相对现有技术，本发明的实施例中，在一维线阵多波束切换的基础上，进行相位补偿，在实现天线波束二维电扫描的同时，所用移相器数量最多降低了N倍或M倍，从而显著降低了天线的研制成本。
通常，低轨航天器绕地飞行，在飞抵通信区域时，需要与高轨卫星之间建立星间链路。采用单一固定波束，受天线波束指向角的影响，低轨航天器与高轨卫星星间通信时间短。利用上述的天线的结构及相应的电路，使得天线产生相控阵波束扫描，实现低轨航天器天线的波束能在航天器运动过程中自动指向GEO卫星，与单一固定波束相比，相控阵波束扫描的方法可以延长低轨航天器与GEO卫星通信链路的保持时间。
在传统的天线技术中，多波束切换方法在射频开关切换瞬间，有信号的短时中断现象。为了避免这个问题，本发明采用多波束无间断切换技术，在波束切换瞬间，至少有一个波束通道是连通的，消除信号的短时中断，提高多波束切换瞬间的通信可靠性。实现多波束连续切换，是依靠多波束切换开关完成的，因此在本发明的实施例中，接收波束切换开关460和发射波束切换开关530均为多波束切换开关，并提供一种多波束切换开关的结构，如图11和图12所示，多波束切换开关包括级联的P级切换开关组件、一个合路端口和若干个波束端口，每级切换开关组件分别包括P，P-1，…,1个子切换开关 070，通过调整子切换开关070状态，使得所述多波束切换开关能够进行行波束连续切换，保证至少一个波束端口连通，例如图12中，多波束开关包括J个波束端口和一个合路端口，可以产生2J-1个波束，其中包括J个单波束，J-1个合波束，因此，可以通过所提供的多波束切换开关，实现多波束的连续切换。
具体的，如图13所示，本发明的一种实施例中，子切换开关070包括第一微带线071、第二微带线073、第三微带线076。其中，第一微带线071包括依次连接的第一端口开关0711、第一线段0712、第二线段0713、第三线段0714、第四线段0715和第二端口开关0716，第二线段0713和第三线段0714连接点处设置有第五线段0717，第一线段0712与第四线段0715之间设置有第一射频开关072；第二微带线073与第二线段 0713平行耦合，第二微带线073的一端通过第二射频开关074与第一线段0712连接，另一端通过第三射频开关075与第五线段0717连接；第三微带线076与第三线段0714 平行耦合，第三微带线076的一端通过第四射频开关077与第四线段0715连接，另一端通过第五射频开关078与第五线段0717连接。在本发明的实施例中，例如图13所示，整个子波束切换开关呈U形。
在应用所提出的子切换开关070时，有如下几种开关状态：
1)当所述第一端口开关0711允许通过信号波束时但第二端口开关0716禁止通过信号波束时，第一端口开关0711闭合，第二端口开关0716开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关077、第五射频开关078均断开；
2)当所述第一端口开关0711禁止通过信号波束时但第二端口开关0716允许通过信号波束时，第一端口开关0711开路，第二端口开关0716闭合，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075 均断开；
3)当所述第一端口开关0711和第二端口开关0716均允许通过信号波束时，第一端口开关0711闭合，第二端口开关0716闭合，第一射频开关072连通，第二射频开关 074、第三射频开关075、第四射频开关077、第五射频开关078均断开。
在本发明的实施例中，第一端口开关0711和第二端口开关0716均采用的单刀三掷开关，因此，子切换开关070是一个五端口的射频器件，包括4个波束端口和1个合路端口。下面提供两种具体的多波束切换开关结构及相应的波束切换过程：
当多波束切换开关只包括一级切换开关组件时，即P＝1，那么此时多波束切换开关的结构就是一个子切换开关070。如图14所示，第一端口开关0711设置端口b1和b3，对应单波束B1、B3，第二端口开关0716设置端口b2和b4，对应单波束B2、B4，并且相邻编号端口对应的波束能够合成一个合波束，因此有3个合路波束B5、B6、B7，其中B5＝B1+B2，B6＝B2+B3，B7＝B3+B4，则此时，B1、B5、B2、B6、B3、B7、B4 构成一个连续的信号波束组，利用本发明的多波束切换开关，通过调整子切换开关的状态，可以从任一个波束切换到相邻的波束。
具体的，假设当前工作波束为B1，此时，第一端口开关0711置于端口b1，第二端口开关0716开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关077、第五射频开关078均断开。当由B1切换到B5时，接入波束B2，此时，第一端口开关0711置于b1，第二端口开关0716置于b2，第一射频开关072连通，第二射频开关074、第三射频开关075、第四射频开关077、第五射频开关078均断开。当由B5切换到B2，此时，第一端口开关0711开路，第二端口开关0716保持置于b2，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开。当由B2切换到B6，第一端口开关0711置于b3，第二端口开关0716保持置于b2，第一射频开关072连通，第二射频开关074、第三射频开关075、第四射频开关077、第五射频开关078均断开。当由B6切换到B3，第一端口开关0711 保持置于b3，第二端口开关0716开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关077、第五射频开关078均断开。当由B3切换到B7，则第一端口开关0711保持置于b3，第二端口开关0716置于b4，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开。当由B7切换到B4，则第一端口开关0711开路，第二端口开关0716保持置于端口b4，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开。
通过上述开关的切换动作，可以完成七个波束信号B1、B5、B2、B6、B3、B7、 B4之间的连续切换，当然也可以按照反方向进行连续切换，即按照B4、B7、B3、B6、 B2、B5、B1的顺序。
而此时，波束切换控制模块060产生控制指令的方式为：输入切换控制模块中的4个信号波束，并进行编号，分别为B1、B2、B3、B4；相邻编号的波束信号进行合路，产生3个合路信号波束，即B5、B6、B7，其中B5＝B1+B2，B6＝B2+B3，B7＝B3+B4；通过比较B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7的幅值大小，得到幅值最大的信号波束，输出对应的波束切换控制指令。然后利用波束切换控制指令对多波束切换开关进行切换控制，选择出需要的波束，选择后的波束可能是单波束，也可能是合波束。
利用上述结构及切换方式的多波束切换开关，即可应用于4个微带天线单元020构成一个一维线阵021的情形，完成接收信号和发射信号的波束连续切换控制。
如果天线阵面为2×8个微带天线单元020，如图7所示，并且沿着行方向分布的8个微带天线单元020构成一个一维线阵021，那么此时，多波束切换开关包括2级切换开关组件级联，即P＝2，此时，第一级切换开关组件包括2个子切换开关070，第二级切换开关组件包括1个子切换开关070。具体的，如图15和图16所示，第一级切换开关组件包括2个子切换开关070，分别为第一子切换开关0701和第二子切换开关0702，其中第一子切换开关0701的第一端口开关0711设置端口b1、b3，对应单波束B1、B3，第二端口开关0716设置端口b2、b4，对应单波束B2、B4；第二子切换开关0702的第一端口开关0711设置端口b5、b7，对应单波束B5、B7，第二端口开关0716设置端口 b6、b8，对应单波束B5、B7。相邻编号端口的波束合路，得到合波束B9、B10、B11、 B12、B13、B14、B15，其中B9＝B1+B2、B10＝B2+B3、B11＝B3+B4、B12＝B4+B5、 B13＝B5+B6、B14＝B6+B7、B15＝B7+B8。
第二级切换开关组件包括第三子切换开关0703，其中第三子切换开关0703的第一端口开关0711与第一子切换开关0701的合路端口连接，第三子切换开关0703的第二端口开关0716与第二子切换开关0702的合路端口连接，由此，能够在波束B1、B9、 B2、B10、B3、B11、B4、B12、B5、B13、B6、B14、B7、B15、B8共15个波束中，从任一个波束切换到与之相邻的另一个波束。进行波束连续切换时，各开关的状态如下：
假设当前波束为B1，此时有：
1)第一子切换开关0701：第一端口开关0711置于b1端口，第二端口开关0716 开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关 077、第五射频开关078均断开；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
3)对于第三子切换开关0703：第一端口开关0711闭合，第二端口开关0716闭合或开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关077、第五射频开关078均断开。
当由B1切换到B9时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711置于b1，第二端口开关0716置于b2，第一射频开关072连通，第二射频开关074、第三射频开关075、第四射频开关 077、第五射频开关078均断开；
2)对于第二子切换开关0702：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致；
3)对于第三子切换开关0703：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B9切换到B2时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711开路，第二端口开关0716保持置于b2，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开；
2)对于第二子切换开关0702：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致；
3)对于第三子切换开关0703：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B2切换到B10时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711置于b3，第二端口开关0716保持置于b2，第一射频开关072连通，第二射频开关074、第三射频开关075、第四射频开关077、第五射频开关078均断开；
2)对于第二子切换开关0702：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致；
3)对于第三子切换开关0703：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B10切换到B3时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711保持置于b3，第二端口开关0716开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关 077、第五射频开关078均断开
2)对于第二子切换开关0702：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致；
3)对于第三子切换开关0703：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B3切换到B11时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711保持置于b3，第二端口开关0716置于b4，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开；
2)对于第二子切换开关0702：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致；
3)对于第三子切换开关0703：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B11切换到B4时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711开路，第二端口开关0716保持置于端口b4，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开；
2)对于第二子切换开关0702：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致；
3)对于第三子切换开关0703：与B1波束时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B4切换到B12时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711开路，第二端口开关0716保持置于端口b4，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711置于b5端口，第二端口开关0716开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关 077、第五射频开关078均断开；
3)对于第三子切换开关0703：第一端口开关0711闭合，第二端口开关0716闭合，第一射频开关072连通，第二射频开关074、第三射频开关075、第四射频开关077、第五射频开关078均断开。
当由B12切换到B5时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711置于b5端口，第二端口开关0716开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关 077、第五射频开关078均断开；
3)对于第三子切换开关0703：第一端口开关0711闭合或开路，第二端口开关0716闭合，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开。
当由B5切换到B13时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
2)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711置于b5，第二端口开关0716置于b6，第一射频开关072连通，第二射频开关074、第三射频开关075、第四射频开关 077、第五射频开关078均断开；
3)对于第三子切换开关0703：与B12切换到B5时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B13切换到B6时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711开路，第二端口开关0716保持置于b6，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开；
3)对于第三子切换开关0703：与B12切换到B5时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B6切换到B14时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711置于b7，第二端口开关0716保持置于b6，第一射频开关072连通，第二射频开关074、第三射频开关075、第四射频开关077、第五射频开关078均断开；
3)对于第三子切换开关0703：与B12切换到B5时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B14切换到B7时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711保持置于b7，第二端口开关0716开路，第一射频开关072、第二射频开关074、第三射频开关075连通，第四射频开关 077、第五射频开关078均断开；
3)对于第三子切换开关0703：与B12切换到B5时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B7切换到B15时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711保持置于b7，第二端口开关0716置于b8，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开；
3)对于第三子切换开关0703：与B12切换到B5时的第三子切换开关0703的状态一致。
当由B15切换到B8时，有：
1)对于第一子切换开关0701：第一端口开关0711和第二端口开关0716均开路；
2)对于第二子切换开关0702：第一端口开关0711开路，第二端口开关0716保持置于端口b8，第一射频开关072、第四射频开关077、第五射频开关078均连通，第二射频开关074、第三射频开关075均断开；
3)对于第三子切换开关0703：与B12切换到B5时的第三子切换开关0703的状态一致。
通过上述的方式，使得多波束切换开关可以在B1、B9、B2、B10、B3、B11、B4、 B12、B5、B13、B6、B14、B7、B15、B8共15个波束中，从任一个波束切换到与之相邻的另一个波束连续切换，当然也可以按照反方向进行连续切换，即按照B8、B15、B7、 B14、B6、B13、B5、B12、B4、B11、B3、B10、B2、B9、B1的顺序。
此时，波束切换控制模块060产生控制指令的方法为：输入波束切换控制模块060中的8个信号波束，并进行编号，分别为B1～B8；相邻编号的波束信号进行合路，产生 7个合路信号波束，B9～B15，其中B9＝B1+B2、B10＝B2+B3、B11＝B3+B4、B12＝B4+B5、B13＝B5+B6、B14＝B6+B7、B15＝B7+B8。
通过比较B1～B15的幅值大小，得到幅值最大的信号波束，输出对应的波束切换控制指令。
上面给出了P＝1和P＝2时的多波束切换开关的具体结构以及相应的切换方式，当存在P取更大值时，也可以参照上述的多波束切换开关，得到具体的多波束切换开关结构及相应的切换控制方式。
利用所给出的多波束切换开关及相应控制方式，实现了多波束无间断的切换，能够避免传统多波束切换过程中，有信号短时中断的问题。因此，在多波束切换的过程中，至少有一个波束通道是连通的，消除信号的短时中断，提高了多波束切换瞬间的通信可靠性。
综上，本发明实施例中所提供的相控阵天线，能够有效的提升天线的辐射能力，同时还能够增加星间链路通信时间，提高多波束切换瞬间的通信可靠性，降低天线的成本。
上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于低轨航天器的低成本透明相控阵天线，其特征在于，包括：
太阳帆板(100)；
接收相控阵天线阵面(200)，为透明结构，设置于所述太阳帆板(100)的向光面上方用于接收信号，与太阳帆板(100)之间具有间隙；
发射相控阵天线阵面(300)，为透明结构，设置于所述太阳帆板(100)的向光面上方用于发射信号，与太阳帆板(100)之间具有间隙；
接收天线电路(400)，设置于所述太阳帆板(100)的背光面上并与接收相控阵天线阵面(200)连接，用于对接收信号进行处理；
发射天线电路(500)，设置于所述太阳帆板(100)的背光面上并与发射相控阵天线阵面(300)连接，用于对发射信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述接收相控阵天线阵面(200)和发射相控阵天线阵面(300)均包括透明基板(010)、呈矩形阵列设置在透明基板(010)的向光面上的M×N个微带天线单元(020)和设置在透明基板(010)的背光面上的接地面(030)，所述发射相控阵天线阵面(300)的微带天线单元(020)与发射天线电路(500)连接，所述接收相控阵天线阵面(200)的微带天线单元(020)与接收天线电路(400)连接。
3.根据权利要求2所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述微带天线单元(020)、接地面(030)均采用金属网格工艺，利用矩形网格或菱形网格离散化，使得微带天线单元(020)和接地面(030)呈透明结构。
4.根据权利要求1所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述太阳帆板(100)包括金属底板(110)、设置在所述金属底板(110)的向光面上的若干个电池模块(120)；所述金属底板(110)的背光面上凹槽(130)，所述发射天线电路(500)和接收天线电路(400)置于所述凹槽(130)中，并通过金属盖板(150)将凹槽(130)封闭；
金属底板(110)中开有与凹槽(130)连通的线缆槽(140)，用于设置通信电缆。
5.根据权利要求1所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述接收相控阵天线阵面(200)和发射相控阵天线阵面(300)通过若干个支撑螺杆(040)设置在金属底板(110)上，所述支撑螺杆(040)位于若干个电池模块(120)之间的缝隙中。
6.根据权利要求2所述的透明相控阵天线，其特征在于，M×N个所述微带天线单元(020)构成M个一维线阵(021)，每个所述一维线阵(021)包括沿行方向分布的N个微带天线单元(020)；或，
构成N个一维线阵(021)，每个所述一维线阵(021)包括沿列方向分布的M个微带天线单元(020)。
7.根据权利要求6所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述接收天线电路(400)包括M或N个接收天线电路支路(401)，接收相控阵天线阵面(200)的每个所述一维线阵(021)与对应的接收天线电路支路(401)；所述接收天线电路支路(401)包括：
低噪放组件(410)，与对应的一维线阵(021)连接，用于将接收信号放大；
接收馈电网络(420)，与所述低噪放组件(410)连接，并输出接收信号波束；
定向耦合器组件(430)，与所述接收馈电网络(420)连接，所述接收信号波束进入定向耦合器组件(430)，产生接收主信号和取样信号；
滤波器组件(440)，与所述定向耦合器组件(430)连接，用于对所述取样信号进行滤波；
模数转换器(450)，与所述滤波器组件(440)连接，用于对滤波后的取样信号进行模数转换，将取样信号变为数字信号；
波束切换控制模块(060)，与模数转换器(450)连接，根据所述数字信号，输出波束切换控制指令；
接收波束切换开关(460)，与定向耦合器组件(430)和波束切换控制模块(060)连接，根据所述切换控制指令对接收波束切换开关(460)进行切换控制，对接收主信号进行选择；
接收通道移相器(470)，与接收波束切换开关(460)连接，用于对接收波束切换开关输出的波束进行相位差补偿；
M或N个接收天线电路支路(401)通过合路器(480)进行合路，得到最终接收信号。
8.根据权利要求7所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述发射天线电路(500)包括分路器(510)、与分路器(510)连接的M或N个发射天线电路支路(501)，发射相控阵天线阵面(300)的每个所述一维线阵(021)与对应的发射天线电路支路(501)连接；所述发射天线电路支路(501)包括：
发射通道移相器(520)，用于对发射信号波束的进行相位预置；
波束切换控制模块(060)，对输入信号进行判断，输出波束切换控制指令；
发射波束切换开关(530)，与所述发射通道移相器(520)和波束切换控制模块(060)连接，根据波束控制指令控制发射波束切换开关(530)切换，选择发射信号波束；
发射馈电网络(540)，与所述发射波束切换开关(530)连接，用于对所述发射信号波束进行馈电；
功放组件(550)，分别与发射馈电网络(540)和对应的发射相控阵天线阵面(300)的一维线阵(021)连接，用于将发射信号放大，放大后的发射信号通过一维线阵(021)发射。
9.根据权利要求8所述的透明相控阵天线，其特征在于，接收波束切换开关(460)和发射波束切换开关(530)均为多波束切换开关，所述多波束切换开关包括级联的P级切换开关组件、合路端口和若干个波束端口，每级切换开关组件分别包括P，P-1，…,1个子切换开关(070)，通过调整子切换开关(070)状态，使得所述多波束切换开关能够进行波束连续切换，保证至少一个波束端口连通。
10.根据权利要求9所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述子切换开关(070)包括：
第一微带线(071)，包括依次连接的第一端口开关(0711)、第一线段(0712)、第二线段(0713)、第三线段(0714)、第四线段(0715)和第二端口开关(0716)，所述第二线段(0713)和第三线段(0714)连接点处设置有第五线段(0717)，所述第一线段(0712)与第四线段(0715)之间设置有第一射频开关(072)；
第二微带线(073)，与所述第二线段(0713)平行耦合，第二微带线(073)的一端通过第二射频开关(074)与第一线段(0712)连接，另一端通过第三射频开关(075)与第五线段(0717)连接；
第三微带线(076)，与所述第三线段(0714)平行耦合，第三微带线(076)的一端通过第四射频开关(077)与第四线段(0715)连接，另一端通过第五射频开关(078)与第五线段(0717)连接。
11.根据权利要求10所述的透明相控阵天线，其特征在于，所述子切换开关(070)的状态包括：
当所述第一端口开关(0711)允许通过信号波束时但第二端口开关(0716)禁止通过信号波束时，第一端口开关(0711)闭合，第二端口开关(0716)开路，第一射频开关(072)、第二射频开关(074)、第三射频开关(075)连通，第四射频开关(077)、第五射频开关(078)均断开；
当所述第一端口开关(0711)禁止通过信号波束时但第二端口开关(0716)允许通过信号波束时，第一端口开关(0711)开路，第二端口开关(0716)闭合，第一射频开关(072)、第四射频开关(077)、第五射频开关(078)均连通，第二射频开关(074)、第三射频开关(075)均断开；
当所述第一端口开关(0711)和第二端口开关(0716)均允许通过信号波束时，第一端口开关(0711)闭合，第二端口开关(0716)闭合，第一射频开关(072)连通，第二射频开关(074)、第三射频开关(075)、第四射频开关(077)、第五射频开关(078)均断开。
12.根据权利要求10所述的透明相控阵天线，其特征在于，波束切换控制模块输出控制指令的方法包括：
输入切换控制模块中的K个信号波束，并进行编号；
相邻编号的波束信号进行合路，产生K-1个合路信号波束；
通过比较2K-1个信号波束的幅值大小，得到幅值最大的信号波束，输出对应的波束切换控制指令。
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