CN115189135A - 共口径AiP集成卫通相控阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种共口径AiP集成卫通相控阵天线，所述有源相控阵天线阵面包括PCB多层板和多个贴装于所述PCB多层板上的AiP集成天线组件，所述有源相控阵天线阵面的尺寸由所述AiP集成天线组件数量及排列方式确定。本发明，能够降低卫通天线至少百分之二十五口径面积，减少体积重量，便于移动携带，AiP集成天线组件采用标准模块化无边设计及工艺方式，每个AiP集成天线组件相对独立，有源相控阵天线阵面的尺寸根据AiP集成天线组件数量及排列方式确定，天线罩、天线结构、安装底板也同样随有源相控阵天线阵面的尺寸而变化，可快速形成新的天线形式，快速实现不同的整机指标需求，具有良好的灵活性和普适性。
Description
技术领域
本发明涉及相控阵天线领域，具体涉及一种共口径AiP集成卫通相控阵天线。
背景技术
天线是卫星通信系统的重要组成部分，负责电磁微波信号的输入和输出。随着卫星互联网的普及，卫通天线的低成本化，轻小型化成为新的重要发展方向。
目前大多数地球站均采用反射面型天线，其优点是方向性好，增益高，损耗小，利于远距离传输。但缺点是体积大，重量大，造价高，需要配置相应的伺服系统，波束切换时间慢，不便于移动甚至完全不能移动。近年来可以发展相控阵天线，优点是低成本，低剖面，轻小型化，便于移动。
目前卫星互联网使用频段逐渐往高频发展，目前主流为Ku及Ka频段，两个频段相距较远。现有的卫通相控阵天线的解决方式多采用接收发射分阵方式，即发射Ka频段和接收Ku频段两个天线阵列分开设计，然后放置在一个整体结构内。其方式缺点为需要两个基本独立的相控阵天线，整体阵面口径较大，相应的外形尺寸较大，也不便于移动及携带。
其次其天线方式固定，针对不同通信需求需要重新进行针对性的设计，灵活性差，普适性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共口径AiP集成卫通相控阵天线，支持双频段共口径，实现发射和接收功能，并可以根据不同通信需求进行快速拓展重组，增强便携移动性。
为实现上述发明目的，本发明提供一种共口径AiP集成卫通相控阵天线，包括天线罩、天线结构、安装底板，及设置于所述天线结构内的共口径相控阵天线，所述相控阵天线包括有源天线阵面、波控组件、电源组件及散热结构，所述有源相控阵天线阵面包括PCB多层板和多个贴装于所述PCB多层板上的AiP集成天线组件，所述有源相控阵天线阵面的尺寸由所述AiP集成天线组件数量及排列方式确定。
在上述任一技术方案中，所述AiP集成天线组件包括低频天线辐射单元和高频天线辐射单元，所述低频天线辐射单元和所述高频天线辐射单元交叉参差排列。
在上述任一技术方案中，相邻的所述频天线辐射单元与所述高频天线辐射单元之间的间距在0.48λ～0.56λ之间。
在上述任一技术方案中，所述AiP集成天线组件还设置有多个用于固定所述AiP集成天线组件的螺纹孔，所述AiP集成天线组件的任一边配置有拼接子阵边缘阵元，所述拼接子阵边缘阵元用于连接相邻两个所述AiP集成天线组件或拼接EIRP、G/T天线。
在上述任一技术方案中，所述低频天线辐射单元为Ku频段天线辐射单元，所述高频天线辐射单元为Ka频段天线辐射单元。
在上述任一技术方案中，所述PCB多层板上配置有与所述低频天线辐射单元适配的低频天线、与所述高频天线辐射单元适配的高频天线；
所述低频天线辐射单元与所述低频天线之间、所述高频天线辐射单元与所述高频天线之间均采用多层微带耦合馈电形式连接。
在上述任一技术方案中，所述电源组件至少包括电源模块，所述电源模块集成于PCB底板上，所述PCB底板设置于所述天线结构与所述安装底板之间，所述PCB底板还设置有处理单元。
在上述任一技术方案中，所述AiP集成天线组件包括共口径天线及射频组件，所述射频组件包括射频T/R、波束控制网络及电源网络；
所述AiP集成天线组件采用双面陶瓷封装，上表面通过BGA焊球连接天线，下表面通过BGA焊球引出射频波束控制接口和与所述电源网络相接的电源接口。
在上述任一技术方案中，所述散热结构设置于所述PCB底板的底面上，所述PCB底板上设置有金属通孔，所述金属通孔垂直导热至所述PCB底板的底面。
在上述任一技术方案中，所述天线罩与所述天线结构通过螺钉连接，所述天线罩和所述天线结构上相对应的位置设置有螺钉孔。
与现有技术相比，本发明的一种共口径AiP集成卫通相控阵天线，通过将多个AiP集成天线组件贴装于所述PCB多层板上形成有源相控阵天线阵面，有源相控阵天线阵面、波控组件、电源组件及散热结构，相控阵天线采用双频段共口径，有效地降低卫通天线至少百分之二十五口径面积，减少体积重量，便于移动携带，AiP集成天线组件采用标准模块化无边设计及工艺方式，每个AiP集成天线组件相对独立，有源相控阵天线阵面的尺寸根据AiP集成天线组件数量及排列方式确定，天线罩、天线结构、安装底板也同样随有源相控阵天线阵面的尺寸而变化，可快速形成新的天线形式，快速实现不同的整机指标需求，具有良好的灵活性和普适性。
可应用于各类地面卫星接收终端，因口径小重量轻可便携，可广泛应用于车载，手持等小型终端，通过拓展重构可构成大型阵面和多波束阵面，亦可用于地面接收站等大型终端。
附图说明
图1示意性表示本发明的一种实施方式的共口径AiP集成卫通相控阵天线中AiP集成天线组件的立体图；
图2为示意性表示本发明的一种实施方式的共口径AiP集成卫通相控阵天线的爆炸图；
图3为示意性表示本发明的一种实施方式的共口径AiP集成卫通相控阵天线的辐射单元拓扑结构示意图；
图4为示意性表示本发明的一种实施方式的共口径AiP集成卫通相控阵天线的AiP封装示意图。
其中，图1至图4中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1、天线罩；2、天线结构；3、安装底板；4、共口径相控阵天线；5、PCB底板；11、螺纹孔；41、AiP集成天线组件；411、Ku频段天线辐射单元；412、Ka频段天线辐射单元；413、拼接子阵边缘阵元；414、射频组件；415、BGA焊球。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，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。
在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
参见图1至图4，本发明的一种共口径AiP集成卫通相控阵天线，包括天线罩1、天线结构2、安装底板3，及设置于天线结构2内的共口径相控阵天线4，相控阵天线包括有源天线阵面、波控组件、电源组件及散热结构，有源相控阵天线阵面包括PCB多层板和多个贴装于PCB多层板上的AiP集成天线组件41，有源相控阵天线阵面的尺寸由AiP集成天线组件41数量及排列方式确定。
在该实施例中，通过将多个AiP集成天线组件41贴装于PCB多层板上形成有源相控阵天线阵面，有源相控阵天线阵面、波控组件、电源组件及散热结构，相控阵天线采用双频段共口径，有效地降低卫通天线至少百分之二十五口径面积，减少体积重量，便于移动携带，AiP集成天线组件41采用标准模块化无边设计及工艺方式，每个AiP集成天线组件41相对独立，有源相控阵天线阵面的尺寸根据AiP集成天线组件41数量及排列方式确定，天线罩1、天线结构2、安装底板3也同样随有源相控阵天线阵面的尺寸而变化，可快速形成新的天线形式，快速实现不同的整机指标需求，具有良好的灵活性和普适性。
可应用于各类地面卫星接收终端，因口径小重量轻可便携，可广泛应用于车载，手持等小型终端，通过拓展重构可构成大型阵面和多波束阵面，亦可用于地面接收站等大型终端。
具体地说，共口径AiP集成卫通相控阵天线由天线罩1、天线结构2、安装底板3和相控阵天线组成，天线罩1扣合于天线结构2上端，安装底板3固定于天线结构2下端，相控阵天线安装于天线结构2内，多个AiP集成天线组件41拼接后贴于PCB多层板上形成有源相控阵天线阵面，例如AiP集成天线组件41的数量为4个，AiP集成天线组件41的形状为2×2的形式或4×1的形式，PCB多层板和有源相控阵天线阵面的尺寸与多个AiP集成天线组件41组成的结构形同，相邻的AiP集成天线组件41之间可以拼接拓展，同时，也可以连接其他天线，从而形成具有新功能的天线。
另外，有源天线阵面、波控组件、电源组件及散热结构等组成完整相控阵天线，在实际使用中，根据需求还可以加入变频等模块相控阵天线采用机电热一体化架构设计，形成整阵时，可根据不同大小阵面，其电气功能、控制供电功能及散热功能可根据情况快速适应调整。
图1为单个AiP集成天线组件41的立体图，下方为支撑结构，用于进行单体AiP集成天线组件41检测。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，优选地，AiP集成天线组件41包括低频天线辐射单元和高频天线辐射单元，低频天线辐射单元和高频天线辐射单元交叉参差排列。
在该实施例中，AiP集成天线组件41包括低频天线辐射单元和高频天线辐射单元，相邻的低频天线辐射单元和高频天线辐射单元呈拓扑阵列设置，高密度交叉参差排列。
通常地，低频天线辐射单元为Ku频段天线辐射单元411，高频天线辐射单元为Ka频段天线辐射单元412。
在本发明的一个实施例中，优选地，相邻的高频天线辐射单元与低频天线辐射单元之间的间距在0.48λ～0.56λ之间。
在该实施例中，通过将相邻的频天线辐射单元与高频天线辐射单元之间的间距设置为0.48λ～0.56λ之间，能够避免频天线辐射单元与高频天线辐射单元之间干扰，保证天线的稳定性与可靠性，同时，使得天线结构2更加紧凑，体积更小，重量更轻。
在本发明的一个实施例中，优选地，AiP集成天线组件41还设置有多个用于固定AiP集成天线组件41的螺纹孔，AiP集成天线组件41的任一边配置有拼接子阵边缘阵元413，拼接子阵边缘阵元413用于连接相邻两个AiP集成天线组件41或拼接EIRP、G/T天线。
在该实施例中，AiP集成天线组件41上配置有多个螺纹孔，螺纹孔设置在AiP集成天线组件41的边缘处，以避免阻挡高频天线辐射单元和低频天线辐射单元位置，同时，可以固定AiP集成天线组件41，提升天线整体的稳定性与可靠性。
另外，AiP集成天线组件41的边缘位置设置有拼接子阵边缘阵元413，拼接子阵边缘阵元413能够连接相邻两个AiP集成天线组件41，同时，也可以拼接其他天线，如EIRP、G/T天线，从而实现快速组装成新得天线。
举例来说，AiP集成天线组件41呈正方形时，螺纹孔可以设置于四个边的位置，也可以设置在四个角的位置。
在本发明的一个实施例中，优选地，PCB多层板上配置有与低频天线辐射单元适配的低频天线、与高频天线辐射单元适配的高频天线；
低频天线辐射单元与低频天线之间、高频天线辐射单元与高频天线之间均采用多层微带耦合馈电形式连接。
在该实施例中，馈电网络的作用是保证天线中各天线单元的幅度、相位按需分布以及实现阻抗匹配、谐波抑制、端口隔离度，各通道还需保持等幅同相，因而馈电网络的优劣是影响天线总体性能的关键，通过采用多层微带耦合馈电形式能够保证天线总体性能，同时具有连接简单，集成化程度高的优点。
耦合馈电可以为设计增加额外的自由度，间隙将电容引入到馈源中，可以抵消探针馈源所增加的电感。
在本发明的一个实施例中，优选地，电源组件至少包括电源模块，电源模块集成于PCB底板5上，PCB底板5设置于天线结构2与安装底板3之间，PCB底板5还设置有处理单元。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，优选地，AiP集成天线组件41包括共口径天线及射频组件414，射频组件414包括射频T/R、波束控制网络及电源网络；
AiP集成天线组件41采用双面陶瓷封装，上表面通过BGA焊球415连接天线，下表面通过BGA焊球415引出射频波束控制接口和与电源网络相接的电源接口。
在该实施例中，AiP集成天线组件41采用双面陶瓷封装形式，形成标准化的独立模块，有利于将AiP集成天线组件41进行拼接拓展。
在本发明的一个实施例中，优选地，散热结构设置于PCB底板5的底面上，PCB底板5上设置有金属通孔，金属通孔垂直导热至PCB底板5的底面。
在该实施例中，通过设置散热结构，散热结构可以为散热热沉，将天线工作过程中产生热量散发出去，以保证天线正常的工作环境，有利于提升天线整体稳定性，也提升了安全性。
在本发明的一个实施例中，优选地，天线罩1与天线结构2通过螺钉连接，天线罩1和天线结构2上相对应的位置设置有螺钉孔。
在该实施例中，天线罩1与天线结构2通过螺钉连接，连接方式简单，便于操作，且连接稳定性高，螺钉孔的位置可以设置在天线罩1的边缘位置，例如天线整体为正方形时，螺钉孔的位置可以设置在天线罩1的四个边上，也可以设置在四个角处，同理，天线整体为三角形时，螺钉孔的位置同样可以是三角形的边，或者三角形的角的位置，其数量满足将天线罩1与天线结构2之间固定紧密即可。
本发明的一种共口径AiP集成卫通相控阵天线，通过将多个AiP集成天线组件贴装于PCB多层板上形成有源相控阵天线阵面，有源相控阵天线阵面、波控组件、电源组件及散热结构，相控阵天线采用双频段共口径，有效地降低卫通天线至少百分之二十五口径面积，减少体积重量，便于移动携带，AiP集成天线组件采用标准模块化无边设计及工艺方式，每个AiP集成天线组件相对独立，有源相控阵天线阵面的尺寸根据AiP集成天线组件数量及排列方式确定，天线罩、天线结构、安装底板也同样随有源相控阵天线阵面的尺寸而变化，可快速形成新的天线形式，快速实现不同的整机指标需求，具有良好的灵活性和普适性。
可应用于各类地面卫星接收终端，因口径小重量轻可便携，可广泛应用于车载，手持等小型终端，通过拓展重构可构成大型阵面和多波束阵面，亦可用于地面接收站等大型终端。
以上所述仅为本发明的一个实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，包括天线罩(1)、天线结构(2)、安装底板(3)，及设置于所述天线结构(2)内的共口径相控阵天线(4)，所述相控阵天线包括有源天线阵面、波控组件、电源组件及散热结构，所述有源相控阵天线阵面包括PCB多层板和多个贴装于所述PCB多层板上的AiP集成天线组件(41)，所述有源相控阵天线阵面的尺寸由所述AiP集成天线组件(41)数量及排列方式确定。
2.根据权利要求1所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述AiP集成天线组件(41)包括低频天线辐射单元和高频天线辐射单元，所述低频天线辐射单元和所述高频天线辐射单元交叉参差排列。
3.根据权利要求2所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，相邻的所述频天线辐射单元与所述高频天线辐射单元之间的间距在0.48λ～0.56λ之间。
4.根据权利要求2所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述AiP集成天线组件(41)还设置有多个用于固定所述AiP集成天线组件(41)的螺纹孔，所述AiP集成天线组件(41)的任一边配置有拼接子阵边缘阵元，所述拼接子阵边缘阵元用于连接相邻两个所述AiP集成天线组件(41)或拼接EIRP、G/T天线。
5.根据权利要求2所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述低频天线辐射单元为Ku频段天线辐射单元(411)，所述高频天线辐射单元为Ka频段天线辐射单元(412)。
6.根据权利要求5所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述PCB多层板上配置有与所述低频天线辐射单元适配的低频天线、与所述高频天线辐射单元适配的高频天线；
所述低频天线辐射单元与所述低频天线之间、所述高频天线辐射单元与所述高频天线之间均采用多层微带耦合馈电形式连接。
7.根据权利要求1所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述电源组件至少包括电源模块，所述电源模块集成于PCB底板(5)上，所述PCB底板(5)设置于所述天线结构(2)与所述安装底板(3)之间，所述PCB底板(5)还设置有处理单元。
8.根据权利要求7所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述AiP集成天线组件(41)包括共口径天线及射频组件(414)，所述射频组件(414)包括射频T/R、波束控制网络及电源网络；
所述AiP集成天线组件(41)采用双面陶瓷封装，上表面通过BGA焊球(415)连接天线，下表面通过BGA焊球(415)引出射频波束控制接口和与所述电源网络相接的电源接口。
9.根据权利要求7所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述散热结构设置于所述PCB底板(5)的底面上，所述PCB底板(5)上设置有金属通孔，所述金属通孔垂直导热至所述PCB底板(5)的底面。
10.根据权利要求1所述的共口径AiP集成卫通相控阵天线，其特征在于，所述天线罩(1)与所述天线结构(2)通过螺钉连接，所述天线罩(1)和所述天线结构(2)上相对应的位置设置有螺钉孔。
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