CN114374074A - 一种Ku频段相控阵阵列天线和终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供的Ku频段相控阵阵列天线是一款可折叠的多场景使用的便携卫星通信天线，包括：相互电连接且能够折叠或展开的天线阵面层，Ku频段相控阵天线波控系统层，散热系统层和电源层，由于该天线可以折叠或者展开，使得可以车载使用也可以单兵携带使用，并通过在Ku频段相控阵天线波控系统层集成卫星信息采集模块、波控主板、发射阵面控制板以及接收阵面控制板，可以实时解算位置信息、姿态信息、惯性导航信息以及星历信息得到波束指向角，生成波束的控制指令，进行发射阵面控制板和接收阵面控制板的控制，从而可以在“静中通”或“动中通”等不同场景情况下实现快速搜星，实时获取卫星信息，进行卫星通信，提高通信效率。

Description

一种Ku频段相控阵阵列天线和终端

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其是涉及一种Ku频段相控阵阵列天线和终端。

背景技术

现有技术中，在发生灾害的情况下，通信车辆无法直接到达现场，救援人员不仅需要携带救援物资以及医疗设备，还需要携带车载通信终端以及便携式通信终端。但是，现有的车载通信终端多采用天线的机械转动来实现对一定空域的扫描，一般机械扫描天线由两轴或三轴转动来实现，占用体积大。同时，由于车载通信终端和便携式通信终端无法转换使用，导致救援人员还需要携带便携式通信终端，亟须一种可以多场景使用且轻便小巧的卫星天线和卫星通信终端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ku频段相控阵阵列天线和终端，以能够实现多场景使用且轻便小巧的卫星天线和卫星通信终端。

第一方面，实施例提供一种Ku频段相控阵阵列天线，包括：相互电连接且能够折叠或展开的天线阵面层，Ku频段相控阵天线波控系统层，散热系统层和电源层；天线阵面层，包括Ku天线发射阵面以及与Ku天线发射阵面间隔预设距离的Ku天线接收阵面，间隔距离能够使得所述天线阵面层折叠或展开；Ku频段相控阵天线波控系统层，包括相互电连接的波控主板、发射阵面控制板、接收阵面控制板以及卫星信息采集模块，其中，发射阵面控制板和接收阵面控制板分别与Ku天线发射阵面和Ku天线接收阵面藕接，卫星信息采集模块用于采集位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，波控主板用于对位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息进行处理以实现波束指向角的解算，生成波束的控制指令，分别发送给发射阵面控制板和接收阵面控制板，以使发射阵面控制板用于根据控制指令调整 Ku天线发射阵面的幅度和相位，以及接收阵面控制板用于根据控制指令调整Ku天线接收阵面的幅度和相位；散热系统层，包括可分别容置天线阵面层以及Ku频段相控阵天线波控系统层的两个散热腔体以及散热组件；电源层，包括多个电源子电路，用于分别给天线阵面层、Ku频段相控阵天线波控系统层以及散热系统层提供电源。

进一步地，卫星信息采集模块包括导航系统定位模块、惯性导航模块以及信标接收机模块，其中，导航系统定位模块用于采集位置信息，惯性导航模块用于采集姿态信息，信标接收机模块用于采集信标信息以及包含卫星轨道的星历信息。

进一步地，波控主板包括相互电连接的第一微处理器和第二微处理器，第一微处理器分别与导航系统定位模块、惯性导航模块以及信标接收机模块电连接，用于接收基带处理机指令，以及根据位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，得到发射天线阵面或接收天线阵面的波束指向角和修正值指令发送给所述第二微处理器；第二微处理器分别与发射阵面控制板，以及接收阵面控制板电连接，用于根据波束指向角和修正值指令结算出波束指向角对应发射天线阵面或接收天线阵面对应各子阵列单元的幅度和相位值，并转换成相应的控制指令分发给发射阵面控制板或者接收阵面控制板。

进一步地，发射阵面控制板包括相互电连接的第三微处理器、第一变频模块、功率分配模块以及多通道发射微处理器；第三微处理器与第二微处理器电连接，用于接收波束指向角和修正值指令，发送波束指向角和修正值指令对应的第一射频信号给第一变频模块；第一变频模块，用于将第一射频信号进行频率转换得到第二射频信号，将第二射频信号发送给所述功率分配模块；功率分配模块，用于将第二射频信号等功率分配给多通道发射微处理器；多通道发射微处理器与发射天线阵面电连接，用于将等功率分配的第二射频信号经过信号处理后，发送给发射天线阵面辐射到空间中。

进一步地，接收阵面控制板包括相互电连接的第四微处理器、第二变频模块、功率合成模块以及多通道接收微处理器；多通道接收微处理器与所述接收天线阵面电连接，用于接收所述接收天线阵面接收到的第二射频信号，对第二射频信号经过信号处理后，发送给功率合成模块；功率合成模块，用于将接收到第二射频信号进行功率合成，并转换成波束对应的射频信号；第二变频模块，用于将波束对应的射频信号进行频率转换，得到第四射频信号，将第四射频信号发送给第四微处理器；第四微处理器与第二微处理器电连接，用于将第四射频信号发送给第二微处理器。

进一步地，Ku天线发射阵面包括多个产生旋圆极化辐射的Ku发射阵列单元，每个Ku发射阵列单元为双馈微带天线。

进一步地，Ku天线接收阵面包括多个产生圆极化辐射的Ku接收阵列单元，每个Ku接收阵列单元为双馈微带天线，且包括一个90度的电桥作为馈网。

进一步地，天线阵面层、Ku频段相控阵天线波控系统层以及电源层之间设置有多个低频排针连接器，低频排针连接器用于传输电源信号和控制信号；其中，天线阵面层和所述Ku频段相控阵天线波控系统层之间还设置多个射频连接器，射频连接器用于传输射频信号。

进一步地，Ku频段相控阵天线波控系统层还包括与波控主板电连接的多模调制解调器模块，多模调制解调器模块用于适配选择不同的高低轨星座进行通信。

第二方面，实施例提供一种Ku频段相控阵阵列天线终端，包括前述实施方式中任一项所述的Ku频段相控阵阵列天线，还包括：卫星通信终端放置箱，便携式电源和吸盘。

根据本发明提供的具体实施例，本发明具有以下技术效果：

1)本发明第一方面提供一种Ku频段相控阵阵列天线，通过天线阵面层包括Ku天线发射阵面以及与Ku天线发射阵面间隔预设距离的Ku天线接收阵面，该间隔距离能够使得天线阵面层折叠或展开，可以使得天线阵面层的尺寸降低一半，提高了用户的使用空间，也更便于携带。

2)通过在Ku频段相控阵天线波控系统层集成卫星信息采集模块、波控主板、发射阵面控制板以及接收阵面控制板，可以实时解算位置信息、姿态信息、惯性导航信息以及星历信息得到波束指向角，并下发波束指令到发射阵控制板和接收阵控制板，回读和校验控制板回传信息，即采用相阵控电扫描技术可以实现快速搜星，实时获取卫星信息，进行卫星通信，提高通信效率，而且还可以替换传统的功率放大器BUC、低噪放大器LNB、下变频放大器BDC以及抛物面或喇叭平面天线，进而可以减小天线的尺寸和重量，提高了用户的使用效率，也更便于携带。

3)为实现宽角度扫描特性，寄生贴片倒置在第一介质层的下表面，第一介质层在扫描时产生的电抗变化和地板所产生的电抗变化状态相反，因此可以抵消扫描导致的电抗变化，减小阻抗失配程度，使阵列能够扫描到相对较大的角度，同时在组阵时针对单元采用折衷优化的设计方法，进一步减小了互耦对阵列扫描能力的影响；

4)通过天线阵面层、Ku频段相控阵天线波控系统层以及电源层之间设置有多个低频排针连接器，该低频排针连接器用于传输电源信号和控制信号；其中，该天线阵面层和Ku频段相控阵天线波控系统层之间设置多个射频连接器，该射频连接器用于传输射频信号，从而实现垂直互联，替代了传统天线中占用较大空间和重量的线缆、连接器、螺钉、结构件等，减小了产品尺寸及重量。

5)Ku频段相控阵天线波控系统层括多模调制解调器模块，该多模调制解调器模块25用于适配选择不同的高低轨星座进行通信。

6)本发明第二方面提供一种提供的Ku频段相控阵阵列天线终端包括包括前述实施方式中任一项所述的Ku频段相控阵阵列天线，还包括：卫星通信终端放置箱，便携式电源和吸盘。不仅可以实现单兵携带便利，作为独立的卫星通信终端，实现静中通通信互联，还可以通过吸盘吸附在车辆上，实现车载动中通通信互联，使得可以多场景使用且轻便小巧的卫星通信终端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图一；

图2提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图二；

图3提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图三；

图4提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图四；

图5提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图五；

图6提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图六；

图7提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图七；

图8提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图八；

图9提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图九；

图10提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图十。

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。

下面结合附图，对本发明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。

名词解释

Ku波段：Ku波段是指比IEEE521-2002标准下的Ku波段频率低的波段，Ku的频段通常下行从10.7到12.75GHz，上行从12.75到18.1GHz。

相控阵天线：通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。

现有技术中，中国山区面积占全国总面积的69.1％，很多地方车辆都无法到达，特别是发生地质灾害时，道路受损，通信车辆无法直接到达现场，需要人员携带通信设备步行前往救援。目前车载通信终端和便携式通信终端为两套设备，成本高，占用空间大，且两者无法互相转换使用。

尤其在医疗方向，在通信设备较差的地方进行医疗救援时，当地的地面通信中断或者信号较差。在遇见车辆无法到达的地方，需要携带便携终端进行定位、通信。但医疗小分队每个成员都需要携带大量医疗设备，但是，现有的车载通信终端多采用天线的机械转动来实现对一定空域的扫描，一般机械扫描天线由两轴或三轴转动来实现，占用体积大。同时，由于车载通信终端和便携式通信终端无法转换使用，导致医疗小分队成员步行至灾区的时候，需要携带的车载通信设备和便携式通信终端，占用空间大，使用不便。

为了解决上述问题，本申请提供一种Ku频段相控阵阵列天线，通过在 Ku天线发射阵面和Ku天线接收阵面之间间隔预设距离，该间隔距离能够使得天线阵面层折叠或展开，并通过Ku频段相控阵天线波控系统层集成波控主板、发射阵面控制板、接收阵面控制板以及卫星信息采集模块，可以可以实时解算位置信息、姿态信息、惯性导航信息以及星历信息得到波束指向角，生成波束的控制指令，进行发射阵面控制板和接收阵面控制板的控制，从而实现快速搜星，实时获取卫星信息，进行卫星通信，提高通信效率，进而可以减小天线的尺寸和重量，提高了用户的使用效率，也更便于携带。

实施例一

图1提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图一，该Ku频段相控阵阵列天线100包括：相互电连接且能够折叠或展开的天线阵面层10， Ku频段相控阵天线波控系统层20，散热系统层30和电源层40。

天线阵面层10，包括Ku天线发射阵面11以及与Ku天线发射阵面11 间隔预设距离的Ku天线接收阵面12，该间隔距离能够使得天线阵面层10 实现折叠或展开。

具体的，该Ku天线发射阵面11和Ku天线接收阵面12之间间隔预设距离，该预设距离最小80毫米-100毫米，以能够使得天线阵面层10可以折叠或展开，从而可以便于携带，该Ku天线发射阵面11和Ku天线接收阵面12可以通过铰链、螺钉等形式进行折叠连接，具体不以此为限。

通过Ku天线发射阵面11和Ku天线接收阵面12之间间隔预设距离，可以使得天线阵面层的尺寸降低一半，提高了用户的使用空间，也更便于携带。

Ku频段相控阵天线波控系统层20，包括相互电连接的波控主板21、发射阵面控制板22、接收阵面控制板23，以及卫星信息采集模块24，其中，发射阵面控制板22和接收阵面控制板23分别与Ku天线发射阵面11和Ku 天线接收阵面12藕接，卫星信息采集模24块用于采集位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，波控主板21用于对位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息进行处理以实现波束指向角的解算，生成波束的控制指令，分别发送给发射阵面控制板22和接收阵面控制板23，以使发射阵面控制板22用于根据控制指令调整Ku天线发射阵面11的幅度和相位，以及接收阵面控制板23用于根据控制指令调整Ku天线接收阵面12的幅度和相位。

具体的，Ku频段相控阵天线波控系统层20是Ku频段相控阵阵列天线的重要组成部分，现有技术中，车载相控阵天线平台在运动过程中姿态和地理位置持续变化，造成天线波束的偏移和滚动，容易造成信号减弱或丢失。为保证车载相控阵稳定性，本申请的Ku频段相控阵天线波控系统层 20包括相互电连接的波控主板21、发射阵面控制板22、接收阵面控制板 23，以及卫星信息采集模块24，通过卫星信息采集模块24至少可以实时采集位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，还可以采集天线内外温度信息以及功率信息等等，通过波控主板21对位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息进行处理以实现波束指向角的解算，生成波束的控制指令，分别发送给发射阵面控制板22和接收阵面控制板23，以使得发射阵面控制板22用于根据控制指令调整Ku天线发射阵面22的幅度和相位，以及接收阵面控制板23用于根据控制指令调整Ku天线接收阵面23的幅度和相位。

通过在Ku频段相控阵天线波控系统层20集成卫星信息采集模块、波控主板、发射阵面控制板以及接收阵面控制板，可以实时解算位置信息、姿态信息、惯性导航信息以及星历信息得到波束指向角，并下发波束指令到发射阵控制板和接收阵控制板，回读和校验控制板回传信息，即采用相阵控电扫描技术可以实现快速搜星，进而可以使得替换传统的功率放大器 BUC、低噪放大器LNB、下变频放大器BDC以及抛物面或喇叭平面天线，进而可以减小天线的尺寸和重量，提高了用户的使用效率，也更便于携带。

散热系统层30，包括可分别容置天线阵面层10和Ku频段相控阵天线波控系统层20的两个散热腔体31以及散热组件32。

具体的，天线阵面层10和Ku频段相控阵天线波控系统层20在工作过程中会产生热辐射，可以通过设置散热系统层30进行导热降温，该散热系统层包括两个散热腔体31，每个散热腔体31内可以设置导热板、风扇等散热组件，具体可以根据实际情况来设置，分布在该天线阵面层10和该Ku 频段相控阵天线波控系统层20的周围，从而实现对天线阵面层10和Ku频段相控阵天线波控系统层20的降温，保证卫星通信的可靠性和稳定性。

在一个实施例中，散热组件32可以包括风扇、散热片和均温板，该风扇、散热片和均温板均通过螺钉或者焊接的方式设置在散热腔体31的周围。

在一个实施例中，与波控主板21相接触的位置可以设置散热片，以便将热导到散热片，通过强波对流带走热量。

在一个实施例中，散热片可以通过焊接的方式连接在Ku频段相控阵天线波控系统层连接，均温板与散热片通过螺钉与散热腔体连接。具体可以根据实际情况设置。

电源层40，包括多个电源子电路41，用于分别给天线阵面层10、Ku 频段相控阵天线波控系统层20以及散热系统层30提供电源。

具体的，该电源层40包括多个电源子电路41，分别给天线阵面层10、 Ku频段相控阵天线波控系统层20以及散热系统层30，可以实现外部电源电压到Ku频段相控阵阵列天线的工作电压的转换，以及消除电磁干扰，通过分别给各个模块单独供电，可以实现对各个单独模块的过热、过压以及过流保护等功能。

本实施例一提供的Ku频段相控阵阵列天线是一款可折叠的多场景使用的便携卫星通信天线，包括：相互电连接且能够折叠或展开的天线阵面层，Ku频段相控阵天线波控系统层，散热系统层和电源层，由于该天线可以折叠或者展开，使得可以车载使用也可以单兵携带使用，，从而可以降低一半尺寸，提高了用户的使用空间，也更便于携带。另外，通过Ku频段相控阵天线波控系统层集成波控主板、发射阵面控制板、接收阵面控制板，以及卫星信息采集模块，通过对位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息进行处理以实现波束指向角的解算，生成波束的控制指令，分别发送给发射阵面控制板和接收阵面控制板，以使得发射阵面控制板用于根据控制指令调整Ku天线发射阵面的幅度和相位，以及接收阵面控制板用于根据控制指令调整Ku天线接收阵面的幅度和相位，从而可以采用相阵控电扫描技术实现快速搜星，替换传统的功率放大器BUC、低噪放大器LNB、下变频放大器BDC以及抛物面或喇叭平面天线，进而可以减小天线的尺寸和重量，提高了用户的使用效率，也更便于携带。其中，散热系统层，包括可分别容置天线阵面层和Ku频段相控阵天线波控系统层的两个散热腔体以及散热组件，可以实现Ku频段相控阵阵列天线在工作过程中的散热处理，进而保证卫星通信的可靠性和稳定性。电源层包括多个电源子电路可以分别给天线阵面层、Ku频段相控阵天线波控系统层以及散热系统层提供电源，可以实现外部电源电压到Ku频段相控阵阵列天线的工作电压的转换，以及消除电磁干扰，通过分别给各个模块单独供电，可以实现对各个单独模块的过热、过压以及过流保护等功能。

进一步的，图2提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图二，上述卫星信息采集模块24包括导航系统定位模块241、惯性导航模块242 以及信标接收机模块243，其中，该导航系统定位模块241用于采集位置信息，该惯性导航模块242用于采集姿态信息，该信标接收机模块243用于采集信标信息以及包含卫星轨道的星历信息。

具体的，导航系统定位模块241可以根据GPS、GNSS、北斗等全球卫星导航系统中的任意一个导航定位系统，获取卫星的位置信息。惯性导航模块242可以采集Ku频段相控阵阵列天线对应载体的姿态信息，该信标接收机模块243用于采集信标信息以及包含卫星轨道的星历信息，该信标信息可以是同步卫星发出的信标信号，并对下变频，变换成中频信号，然后检测出与信标信号强度成正比的直流电压，给出卫星信标信号相对于天线在不同角度位置时所对应的信号强度电压，以直流电压形式送给Ku频段相控阵天线波控系统层，完成天线对卫星的自动跟踪。其中，该导航系统定位模块241和惯性导航模块242可以组合在一起，例如，采用GNSS/INS 组合导航板卡。另外，也可以分开设置，具体可以根据实际情况进行设置。

通过卫星信息采集模块24集成导航系统定位模块241、惯性导航模块 242以及信标接收机模块243，从而可以实现实时搜集卫星数据，完成天线对卫星的自动跟踪，从而不仅可以实现便携的卫星通信终端的“静中通”，还可以实现车载卫星通信终端的“动中通”。

进一步的，图3提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图三，上述波控主板21包括相互电连接的第一微处理器210和第二微处理器220，该第一微处理器210分别与导航系统定位模块241、惯性导航模块242以及信标接收机模块243电连接，用于接收基带处理机指令，以及根据位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，得到发射天线阵面11或接收天线阵面12的波束指向角和修正值指令发送给第二微处理器220；该第二微处理器220分别与发射阵面控制板22，以及接收阵面控制板23电连接，用于根据波束指向角和修正值指令结算出波束指向角对应发射天线阵面11或接收天线阵面12对应各子阵列单元的幅度和相位值，并转换成相应的控制指令分发给发射阵面控制板22或者接收阵面控制板23。

具体的，如图3所示，上述第一微处理器210可以是DSP数字信号处理器，第二微处理器220可以是FPGA现场可编程逻辑门阵列处理器，其中，DSP数字信号处理器具有强大的数据处理能力以及高运行速度，可以集成通讯接口、供电电路、时钟电路、信号调理电路、程序存储器、电平转换电路等电路。FPGA具有丰富的可配置逻辑模块和I/O模块，可以集成控制接口、电源电路、时钟电路、配置电路、存储电路、电平转换电路和 T/R控制接口等。

在一个实施例中，可以通过DSP片上外设接口UART接口分别实现与导航系统定位模块241、惯性导航模块242以及信标接收机模块243的信息通讯，采集GNSS/INS位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，得到发射天线阵面11或接收天线阵面12的波束指向角和修正值指令，通过片上SPI接口、EMIF接口实现分别与FPGA的控制与通讯，还可以通过片上SPI接口实现与信道模块的控制与通讯，该信道模块主要实现在发射过程中，将基带发出的中频信号上变频为Ku发射天线阵面的Ku频段射频信号，在接收过程中，将Ku接收天线阵面的Ku频段射频信号转换为基带所需求的中频信号。

在一个实施例中，可以通过FPGA分别实现与发射阵面控制板22和接收阵面控制板23的控制与通讯，用于根据波束指向角和修正值指令结算出波束指向角对应发射天线阵面11或接收天线阵面12对应各子阵列单元的幅度和相位值，并转换成相应的控制指令分发给发射阵面控制板22或者接收阵面控制板23。

上述波控主板由第一微处理器和第二微处理器组成，通过第一微处理器接收基带处理机指令，以及根据位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，得到发射天线阵面或接收天线阵面的波束指向角和修正值指令发送给第二微处理器，从而可以实现天线阵面收发控制、波束指向控制等功能。该第二微处理器分别与发射阵面控制板，以及接收阵面控制板电连接，用于根据波束指向角和修正值指令结算出波束指向角对应发射天线阵面或接收天线阵面对应各子阵列单元的幅度和相位值，并转换成相应的控制指令分发给发射阵面控制板或者接收阵面控制板。从而使得可以始终跟踪对准卫星，进行卫星信号的接收，实现自动对星，进而可以随时随地地通过卫星进行实时、大容量、不间断地传递语音、数据、动态图像等多媒体信息。

进一步的，图4提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图四，上述发射阵面控制板22包括相互电连接的第三微处理器221、第一变频模块222、功率分配模块223以及多通道发射微处理器224。

第三微处理器221与第二微处理器220电连接，用于接收波束指向角和修正值指令，发送波束指向角和修正值指令对应的第一射频信号给第一变频模块222。

第一变频模块222，用于将第一射频信号进行频率转换得到第二射频信号，将该第二射频信号发送给功率分配模块223；

功率分配模块223，用于将转换频率后的第二射频信号等功率分配给多通道发射微处理器224；

多通道发射微处理器224与发射天线阵面22电连接，用于将等功率分配的第二射频信号经过信号处理后，发送给发射天线阵面22辐射到空间中。

在一个实施例中，该第三微处理器也可以采用FPGA，可以通过通讯及控制接口电路与第二微处理器220连接，用于接收波束指向角和修正值指令，发送波束指向角和修正值指令对应的第一射频信号给第一变频模块222。

在一个实施例中，第一变频模块222，用于将第一射频信号进行频率转换，发送给功率分配模块223，第一变频模块可以将频率在 950MHz-2150MHz范围内的第一射频信号转换成27.5GHz-31GHz范围内。

在一个实施例中，功率分配模块223可以是发射子阵1分16阵功率分发网络，可以集成在发射阵面控制板22上，可采用带状多层板，用于将转换频率后的第二射频信号等功率分配给多通道发射微处理器224。可选的，功分器可以采用带宽较宽，可适用于各个频段的功分器，为了保证减少天线的厚度，可以适当调整功分器的阻抗和波长线，并避免其对应的波长线宽过窄的技术问题。

在一个实施例中，多通道发射微处理器224与发射天线阵面22电连接，该多通道发射微处理器224可以是硅基多通道Tx芯片，用于将等功率分配的第二射频信号经过信号处理后，具体的信号处理过程可以是在每个通道进行移相、衰减、功率放大后输出到发射天线阵面22，通过发射天线阵面 22辐射到空间中。

本实施例发射阵面控制板包括相互电连接的第三微处理器、第一变频模块、功率分配模块以及多通道发射微处理器。首先，通过接收波束指向角和修正值指令，发送波束指向角和修正值指令对应的第一射频信号给第一变频模块。然后，通过第一变频模块将第一射频信号进行频率转换得到第二射频信号，将该第二射频信号发送给功率分配模块。接着，通过功率分配模块，用于将转换频率后的第二射频信号等功率分配给多通道发射微处理器；最后，通过多通道发射微处理器用于将等功率分配的第二射频信号经过信号处理后，发送给发射天线阵面辐射到空间中。从而可以实现射频信号的功率分配、衰减和移相、功率放大、双极化可重构发射等功能。

可选的，图5提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图五，所述接收阵面控制板23包括相互电连接的第四微处理器231、第二变频模块 232、功率合成模块233以及多通道接收微处理器234；

多通道接收微处理器234与接收天线阵面23电连接，用于接收接收天线阵面23接收到的第三射频信号，对第三射频信号经过信号处理后，发送给功率合成模块233；

功率合成模块233将接收到第三射频信号进行功率合成，得到波束对应的射频信号；

第二变频模块232，用于将波束对应的射频信号进行频率转换，得到第四射频信号，将第四射频信号发送给第四微处理器231；

第四微处理器231与第二微处理器220电连接，用于将第四射频信号发送给第二微处理器220。

在一个实施例中，多通道发射微处理器234与接收天线阵面23电连接，该多通道发射微处理器234可以是硅基多通道Rx芯片，用于接收接收天线阵面23接收到的第三射频信号，对第三射频信号经过信号处理后，具体的信号处理过程可以是在每个通道进行移相、衰减、功率放大后发送给功率合成模块233。

在一个实施例中，功率合成模块223可以是两个48合1接收子阵功率合成网络，可以集成在接收阵面控制板23上，可采用带状多层板，用于将第三射频信号进行功率合成，得到波束对应的射频信号。可选的，功分器可以采用带宽较宽，可适用于各个频段的功分器，为了保证减少天线的厚度，可以适当调整功分器的阻抗和波长线，并避免其对应的波长线宽过窄的技术问题。

在一个实施例中，第二变频模块232，用于将波束对应的射频信号进行频率转换，得到第四射频信号，将该第四射频信号发送给第四微处理器231，第二变频模块可以将频率在范围内27.5GHz-31GHz的波束对应的射频信号转换成950MHz-2150MHz范围内的第四射频信号。

在一个实施例中，该第四微处理器也可以采用FPGA，可以通过通讯及控制接口电路与第二微处理器220连接，用于将第四射频信号发送给第二微处理器220。

本实施例发射阵面控制板包括相互电连接的第四微处理器、第二变频模块、功率分配模块以及多通道发射微处理器。首先，通过接收接收天线阵面接收到的第三射频信号，对第三射频信号经过信号处理后，发送给功率合成模块；接着，通过功率合成模块将接收到第三射频信号进行功率合成，得到波束对应的射频信号；然后，通过第二变频模块，用于将波束对应的射频信号进行频率转换，得到第四射频信号，将第四射频信号发送给第四微处理器；最后，通过第四微处理器与第二微处理器电连接，用于将第四射频信号发送给第二微处理器。从而可以实现射频信号的波束左/右旋极化双工接收、低噪声放大、移相和衰减、子阵内功率合成等功能。

进一步的，图6提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图六，上述Ku天线发射阵面11包括多个产生旋圆极化辐射的Ku发射阵列单元 110，每个所述Ku发射阵列单元为双馈微带天线。

具体的，Ku发射阵列单元110可以采用8*8子阵进行可扩展设计，总共16个子阵拼成一个1024阵元的全阵单元，为了实现更好的圆极化以及保证扫描的对称性，通过对单元进行0°、90°、180°、270°旋转形成的小子阵。

可选的，由于微带天线具有结构简单、低剖面、易实现圆极化的特点，可以选择双馈微带天线作为阵列单元。还可以将天线设计为双极化天线，通过在天线两馈电端口馈入幅度相等、相位差为±90°的信号，实现左/右旋圆极化的切换。天线形式采用单层微带贴片天线，馈电形式采用双探针馈电，以金属化过孔的形式实现。为实现良好的圆极化特性，需要两个端口具有相同的辐射特性，因此可以将天线的馈电结构需要具有对称性。

进一步的，图7提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图七，上述Ku天线接收阵面12包括多个产生圆极化辐射的Ku接收阵列单元120，每个所述Ku接收阵列单元为双馈微带天线，且包括一个90度的电桥作为馈网。

具体的，Ku接收阵列单元120可以采用8*8子阵进行可扩展设计，总共48个子阵拼成共计3072单元，为了实现更好的圆极化以及保证扫描的对称性，通过对单元进行0°、90°、180°、270°旋转形成的小子阵，以该小子阵为基础实现8×8子阵以及整阵。可选的，可以选择双馈微带天线作为阵列单元。还可以选择在发射天线单元的基础上增加一个90°电桥作为馈网。实现左/右圆极化双工。其中，天线形式可以采用单层微带贴片天线，馈电形式采用双探针馈电，以金属化过孔的形式实现。电桥馈网采用带状线形式实现，整体结构由4层PCB工艺实现。

图8提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图八，该Ku天线发射阵面11和Ku天线接收阵面12之间可以通过铰链、螺钉等形式进行连接，其展开的状态如图8所示，还可以折叠起来，从而减小尺寸，提高使用空间。

进一步的，图9提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图九，上述天线阵面层10、Ku频段相控阵天线波控系统层20以及电源层40之间设置有多个低频排针连接器50，该低频排针连接器50用于传输电源信号和控制信号；其中，该天线阵面层10和Ku频段相控阵天线波控系统层20之间设置多个射频连接器60，该射频连接器用于传输射频信号。

具体的，天线阵面层10采用低频排针连接器50连接到Ku频段相控阵天线波控系统层20和电源层40，从而实现垂直互联，替代了传统天线中占用较大空间和重量的线缆、连接器、螺钉、结构件等，减小了产品尺寸及重量。

可选的，天线阵面层10可以采用SMP-J射频连接器作为射频输出，该 SMP-J射频连接器表贴在印制板底部，中间通过SMP-kk射频连接器连接到 Ku频段相控阵天线波控系统层20，用于传输射频信号。

进一步的，图10提供了一种Ku频段相控阵阵列天线的结构示意图十， Ku频段相控阵天线波控系统层20括多模调制解调器模块25，该多模调制解调器模块25用于适配选择不同的高低轨星座进行通信。

具体的，多模调制解调器模块25可以对相同频率的射频信号按照不同的解调方式进行解调适配，进而可以选择不同的高低轨星座，也即不同的星座可以对应不同的调制解调模式。例如，星座可以是亚洲9号卫星或者亚洲6号卫星等，调制解调模式可以是网格编码调制解调技术或非恒定包络调制解调技术等，具体可以根据实际情况来设置。

实施例二

实施例二提供一种Ku频段相控阵阵列天线终端，包括前述实施方式中任一项所述的Ku频段相控阵阵列天线，还包括：卫星通信终端放置箱，便携式电源和吸盘。

具体的，该Ku频段相控阵阵列天线终端包括包括前述实施方式中任一项所述的Ku频段相控阵阵列天线100，还包括：卫星通信终端放置箱，该卫星通信终端放置箱可以满足单兵携带，可以推拉使用，该便携式电源可以采用锂电池和充电电池，便于户外使用。该吸盘，可以与设置在Ku频段相控阵阵列天线终端底部的吸盘卡口配合使用。

本实施例提供的一种Ku频段相控阵阵列天线终端，应用在车载通信的场景下，可以通过在车顶放置强力吸盘的方式安装终端，需要根据产品形态及重量选择对应尺寸的吸盘，例如选择直径在11cm的吸盘，内部空腔的直径在9cm左右。假设内部的压力抽到外部压力的1/4，想要拉开这个吸盘就需要96公斤的力量。可以在终端产品底部带有吸盘对接卡口，吸盘可随用随装，拆卸方便。在车载模式时，加上吸盘，直接吸在车顶。

本实施例提供的一种Ku频段相控阵阵列天线终端，应用在个人便携使用的场景下，可以取掉吸盘后，就是便携式终端，该终端尺寸小，在折叠状态下，具备占用空间小，重量轻的优点。可被单人便携至人类可到达的任何区域。

本实施例二提供的Ku频段相控阵阵列天线终端包括包括前述实施方式中任一项所述的Ku频段相控阵阵列天线，还包括：卫星通信终端放置箱，便携式电源和吸盘。不仅可以实现单兵携带便利，作为独立的卫星通信终端，实现静中通通信互联，还可以通过吸盘吸附在车辆上，实现车载动中通通信互联，使得可以多场景使用且轻便小巧的卫星通信终端。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，包括：相互电连接且能够折叠或展开的天线阵面层，Ku频段相控阵天线波控系统层，散热系统层和电源层；

所述天线阵面层，包括Ku天线发射阵面以及与所述Ku天线发射阵面间隔预设距离的Ku天线接收阵面，所述间隔距离能够使得所述Ku天线发射阵面和所述Ku天线接收阵面之间能够折叠或展开；

所述Ku频段相控阵天线波控系统层，包括相互电连接的波控主板、发射阵面控制板、接收阵面控制板以及卫星信息采集模块，其中，所述发射阵面控制板和所述接收阵面控制板分别与所述Ku天线发射阵面和所述Ku天线接收阵面藕接，所述卫星信息采集模块用于采集位置信息、姿态信息、信标信息以及星历信息，所述波控主板用于对所述位置信息、所述姿态信息、所述信标信息进行处理以实现波束指向角的解算，生成所述波束的控制指令，分别发送给所述发射阵面控制板和所述接收阵面控制板，以使所述发射阵面控制板用于根据所述控制指令调整所述Ku天线发射阵面的幅度和相位，以及所述接收阵面控制板用于根据所述控制指令调整Ku天线接收阵面的幅度和相位；

所述散热系统层，包括可分别容置所述天线阵面层以及所述Ku频段相控阵天线波控系统层的两个散热腔体以及散热组件；

所述电源层，包括多个电源子电路，用于分别给所述天线阵面层、所述Ku频段相控阵天线波控系统层以及所述散热系统层提供电源。

2.根据权利要求1所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述卫星信息采集模块至少包括导航系统定位模块、惯性导航模块以及信标接收机模块，其中，所述导航系统定位模块用于采集位置信息，所述惯性导航模块用于采集姿态信息，所述信标接收机模块用于采集信标信息以及包含卫星轨道的星历信息。

3.根据权利要求2所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述波控主板包括相互电连接的第一微处理器和第二微处理器，所述第一微处理器分别与所述导航系统定位模块、所述惯性导航模块以及信标接收机模块电连接，用于接收基带处理机指令，以及根据所述位置信息、所述姿态信息、所述信标信息以及所述星历信息，得到所述发射天线阵面或接收天线阵面的波束指向角和修正值指令发送给所述第二微处理器；所述第二微处理器分别与所述发射阵面控制板，以及所述接收阵面控制板电连接，用于根据所述波束指向角和修正值指令结算出所述波束指向角对应发射天线阵面或接收天线阵面对应各子阵列单元的幅度和相位值，并转换成相应的控制指令分发给所述发射阵面控制板或者接收阵面控制板。

4.根据权利要求3所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述发射阵面控制板包括相互电连接的第三微处理器、第一变频模块、功率分配模块以及多通道发射微处理器；

所述第三微处理器与所述第二微处理器电连接，用于接收波束指向角和修正值指令，发送所述波束指向角和修正值指令对应的第一射频信号给所述第一变频模块；

所述第一变频模块，用于将所述第一射频信号进行频率转换得到第二射频信号，将所述第二射频信号发送给所述功率分配模块；

所述功率分配模块，用于将所述第二射频信号等功率分配给所述多通道发射微处理器；

所述多通道发射微处理器与所述发射天线阵面电连接，用于将等功率分配的第二射频信号经过信号处理后，发送给所述发射天线阵面辐射到空间中。

5.根据权利要求3所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述接收阵面控制板包括相互电连接的第四微处理器、第二变频模块、功率合成模块以及多通道接收微处理器；

所述多通道接收微处理器与所述接收天线阵面电连接，用于接收所述接收天线阵面接收到的第二射频信号，对所述第二射频信号经过信号处理后，发送给功率合成模块；

所述功率合成模块，用于将接收到第二射频信号进行功率合成，并转换成所述波束对应的射频信号；

所述第二变频模块，用于将所述波束对应的射频信号进行频率转换，得到第四射频信号，将所述第四射频信号发送给所述第四微处理器；

所述第四微处理器与所述第二微处理器电连接，用于将所述第四射频信号发送给所述第二微处理器。

6.根据权利要求1所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述Ku天线发射阵面包括多个产生旋圆极化辐射的Ku发射阵列单元，每个所述Ku发射阵列单元为双馈微带天线。

7.根据权利要求1所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述Ku天线接收阵面包括多个产生圆极化辐射的Ku接收阵列单元，每个所述Ku接收阵列单元为双馈微带天线，且包括一个90度的电桥作为馈网。

8.根据权利要求1所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述天线阵面层、所述Ku频段相控阵天线波控系统层以及所述电源层之间设置有多个低频排针连接器，所述低频排针连接器用于传输电源信号和控制信号；其中，所述天线阵面层和所述Ku频段相控阵天线波控系统层之间还设置多个射频连接器，所述射频连接器用于传输射频信号。

9.根据权利要求1所述的Ku频段相控阵阵列天线，其特征在于，所述Ku频段相控阵天线波控系统层还包括与所述波控主板电连接的多模调制解调器模块，所述多模调制解调器模块用于适配选择不同的高低轨星座进行通信。

10.一种Ku频段相控阵阵列天线终端，其特征在于，所述Ku频段相控阵阵列天线终端包括上述如权利要求1-9中任一项所述的Ku频段相控阵阵列天线，还包括：卫星通信终端放置箱、便携式电源和吸盘。

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