CN115632241A - 一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低轨卫星通信星载多波束侠相控阵天线，本发明能够利用同一个天线阵面口径实现四个以上不同载波频率波束的发射，且每个波束可灵活独立控制指向并覆盖通信系统要求的作用区域，在链路具备高线性度的同时，实现高效率特性，由此，使得多波束通信系统天线既能满足卫星平台对载荷低功耗的要求，又能满足5G通信体制对于信号完整性的要求，解决了卫星互联网载荷天线面临的各类重点和难点问题，达到了卫星通信与5G通信深度融合的要求，可满足基于SAT 5G体制的卫星通讯需求，适用于在卫星通信领域广泛推广与应用。

Description

一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线
技术领域
本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线。
背景技术
将卫星通信系统与5G相互融合，取长补短，共同构成全球无缝覆盖的海、陆、空、天地一体化的综合通信网，以降低运营商网络部署成本，满足用户无处不在的多种业务需求，是未来通信发展的重要方向；从卫星互联网通信实施技术方面来看，卫星与5G的融合架构既有透明弯管转发模式，也有星上接入/处理模式，而将地面基站的部分或全部功能逐步迁移到星上是发展趋势，该种布置能够有效降低处理延时、提高用户体验。
为了实现地面终端一体化，卫星与5G的空中接口将逐步趋向融合，即SAT 5G体制，因此非正交多址及多载波传输等技术在卫星通信中的应用将成为研究热点，但是受限于星上功率、处理能力以及星地链路长延时、大动态等特点，5G新空口在卫星系统中的适应性改造及优化是需要解决的主要问题；同时，星地网络全IP化是大势所趋，而要使NFV/SDN等技术在星地融合中发挥突出作用，重点则是需要解决网络功能的星地分割问题；另外，频率资源仍是制约星地融合的主要瓶颈，且随着低轨星座的大面积部署，频率冲突的问题将愈发严重，因此，在具体应用时，探索星地频率规划及频率复用新技术是实现星地融合需要解决的首要问题。
目前，多波束技术是提高卫星通信能力，用来解决上述问题的重要手段之一，其中，相控阵技术能够实现精准的波束指向控制和波束赋形，该项技术能够在提高载荷天线增益的同时，覆盖更加广阔的地面区域，是卫星互联网技术发展的核心方向；然而由于卫星平台的特殊性，对载荷天线的体积、重量、功耗等包络有严格的约束条件，数字多波束体制由于功耗较大，所以在卫星平台受限较大，模拟多波束体制体积小、重量轻、功耗小，是较适合于卫星平台的，因此，其在卫星通信中受到了广泛的应用，但受限于和发射组件的复杂度，现有的模拟多波束相控阵天线最多仅为4波束，很难能满足SAT 5G体制的卫星通信的需求；因此，提供一种可支持4波束以上的相控阵天线，来满足SAT 5G体制的卫星通信需求成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，用以解决现有技中的模拟多波束相控阵天线最多仅为4波束，很难满足SAT 5G体制的卫星通信需求的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，包括：
波控组件，用于接收n个发射信号的信号指向指令，并对所述信号指向指令进行解析，得到每个发射信号的相位变换信息，其中，n为大于4的正整数；
波束发射组件，其中，所述波束发射组件包括多个发射模块，且所述多个发射模块中的每个发射模块内均设置有m个移相通道；
对于任一发射模块，所述任一发射模块通信连接所述波控组件和发射馈电网络，用于接收所述发射馈电网络传输的n个发射信号以及所述波控组件传输的每个发射信号的相位变换信息，并将n个发射信号中的每个发射信号进行功分处理，得到每个发射信号对应的第一功分波束，其中，任一发射信号对应有m个第一功分波束，且m为正整数；
对于任一发射模块中的任一发射信号，所述任一发射模块，还用于将所述任一发射信号所属的m个第一功分波束发射至各自对应的移相通道内，并基于所述任一发射信号的相位变换信息，将各个移相通道内的第一功分波束进行移相处理，得到任一发射信号对应的m个第二功分波束，以在将所有发射信号均移相处理后，得到每个发射信号对应的第二功分波束，其中，任一发射信号中的每个第一功分波束对应一移相通道，任一移相通道在进行相位变换前对应有n个第一功分波束，且n个第一功分波束中的每个第一功分波束均对应有一发射信号；
对于任一发射模块中的任一移相通道，所述任一发射模块还用于对该任一移相通道对应的n个第二功分波束进行合路处理，以将该任一移相通道内的n个第二功分波束同时进行功率放大，并将功率放大后的n个第二功分波束基于该任一移相通道同时传输至发射天线阵列(40)；
所述发射天线阵列，用于对所有发射模块传输的功率放大后的第二功分波束进行波束合成处理，得到n个发射波束，并将n个发射波束发送至接收终端。
基于上述公开的内容，本发明所提供的相控阵天线，其内部的波束发射组件设置有多个发射模块，其中，每个发射模块均设置有m个移相通道，且任一发射模块在接收到发射馈电网络发送的n个发射信号(n>4)时，会对接收的每个发射信号进行功分处理，将每个发射信号均功分为m个第一功分波束，同时，m个第一功分波束与m个移相通道一一对应，即每个发射信号的一第一功分波束均会对应发送至其对应的移相通道内，因此，该任一发射模块中的任一移相通道均对应有所有发射信号的一第一功分波束；而后，则可根据每个发射信号的相位变换信息，来对每个移相通道所对应的第一功分波束进行相位变换，得到第二功分波束，以最终实现该任一发射模块内所有发射信号的移相处理，也就是每个移相通道均对应有n个第二功分弄波束，最后，对于任一移相通道，该任一发射模块则可将该任一移相通道对应的n个第二功分波束进行合路处理，也就是进行功率放大后，将前述功率放大后的n个第二功分波束同时发送至发射天线阵列；由此，所有发射模块均会对内部移相通道内的功分波束均会进行相同处理，从而使发射天线阵列得到所有发射模块传输的功率放大后的第二功分波束，而发射天线阵列则可在空间内实现波束合并，以最终得到n个发射波束，并将n个发射波束发送至接收终端。
通过前述设计，本发明将多波束发射通道集成在发射组件中，相比于传统的四波束相控阵天线，本发明的集成度更高，使得该天线能够利用同一个天线阵面口径实现四个以上不同载波频率波束的发射，且每个波束可灵活独立控制指向并覆盖通信系统要求的作用区域，在链路具备高线性度的同时，实现高效率特性，由此，解决了卫星互联网载荷天线面临的各类重点和难点问题，达到了卫星通信与5G通信深度融合的要求，可满足基于SAT5G体制的卫星通讯需求，适用于在卫星通信领域广泛推广与应用。
在一个可能的设计中，所述任一发射模块包括1分m功分器，且任一发射模块中的每个移相通道内均设置有波束幅相多功能芯片、驱动放大器以及Doherty功率放大器；
对于传输至所述任一发射模块中的n个发送信号，所述1分m功分器，用于将n个发射信号进行功分处理，得到每个发射信号对应的第一功分波束，并将所述每个发射信号所属的第一功分波束发送至各自对应的移相通道内的波束幅相多功能芯片，其中，任一移相通道内的波束幅相多功能芯片对应接收有n个第一功分波束；
对于任一移相通道，所述任一移相通道内的波束幅相多功能芯片基于每个发射信号的相位变换信息，对接收到的n第一功分波束进行移相处理，得到n个第二功分波束；
所述任一移相通道内的波束幅相多功能芯片还通过所述驱动放大器，将n个第二功分波束发送至该任一移相通道内的Doherty功率放大器，以使所述Doherty功率放大器同时对所述n个第二功分波束进行功率放大；
所述Doherty功率放大器，通信连接所述发射天线阵列，用于同时将功率放大后的n个第二功分波束发送至所述发射天线阵列，以使所述发射天线阵列在接收到所有发射模块中各个移相通道内的Doherty功率放大器传输的功率放大后的第二功分波束后，对所有功率放大后的第二功分波束进行波束合成处理，得到n个发射波束，并将n个发射波束发送至接收终端。
基于上述公开的内容，本发明公开了发射模块的具体结构，即发射模块的每个移相通道内均设置有一波束幅相多功能芯片、驱动放大器以及Doherty功率放大器，其中，该波束幅相多功能芯片能够实现4个以上发射信号的移相处理，因此，可使本相控阵天线满足4个以上发射波束进行发射的相位控制需求；同时，由于SAT 5G体制的卫星通信有效载荷对于信号完整性具有要求(即高阶调制方式要求功放的输出状态为P1dB，工作点回退3dBm)，为满足前述要求，本发明的末级功放采用Doherty功放构架实现功率放大功能，由此，可使得整个相控阵天线具有低功耗和高效率的特性，从而使该相控阵天线既能满足卫星平台对载荷低功耗的要求，又能满足5G通信体制对于信号完整性的要求。
在一个可能的设计中，每个发射模块对应的1分m功分器、波束幅相多功能芯片、驱动放大器以及Doherty功率放大器通过LTCC基板或微波多层复合板集成为一射频板。
基于上述公开的内容，本发明将各个发射模块内各个通道中的器件集成在一个射频板上，可实现器件的高度集成，从而为多波束的发射提供硬件支撑。
在一个可能的设计中，所述发射馈电网络包括n个发射馈电网络单元，其中，每个发射馈电网络单元分别对应一发射信号，且每个发射馈电网络单元用于将对应的发射信号传输至各个发射模块中。
在一个可能的设计中，所述波控组件包括：移相控制芯片，其中，所述移相控制芯片通信连接各个发射模块，用于接收n个发射信号的信号指向指令，并对所述信号指向指令进行解析，得到每个发射信号的相位变换信息，以将每个发射信号的相位变换信息发送至各个发射模块。
在一个可能的设计中，还包括：电源组件，其中，所述电源组件分别电连接所述波控组件以及所述波束发射组件的供电端，为所述波控组件以及所述波束发射组件供电。
在一个可能的设计中，还包括壳体，其中，所述发射天线阵列安装于所述壳体的顶面，所述波控组件固定于所述壳体的底面，且所述波束发射组件和所述发射馈电网络从上至下安装在所述发射天线阵列与所述波控组件之间。
基于上述公开的内容，本发明将前述部件按照从上至下的顺序设置在壳体内，由此，相当于整个相控阵天线采用笼屉式结构，该结构的设置，可使整个相控阵天线具有集成度高、体积小和散热效果良好的特点。
在一个可能的设计中，所述壳体的侧壁设置有n个射频接口，所述发射馈电网络包括n个发射馈电网络单元，每个射频接口通信连接一反射馈电网络单元，且任一射频接口作为一发射信号的输入接口。
在一个可能的设计中，所述发射天线阵列包括发射左旋圆极化天线阵列，且发射天线阵列采用三角布阵结构。
有益效果：
(1)本发明将多波束发射通道集成在发射组件中，相比于传统的四波束相控阵天线，本发明的集成度更高，使得该天线能够利用同一个天线阵面口径实现四个以上不同载波频率波束的发射，且每个波束可灵活独立控制指向并覆盖通信系统要求的作用区域，在链路具备高线性度的同时，实现高效率特性，由此，解决了卫星互联网载荷天线面临的各类重点和难点问题，达到了卫星通信与5G通信深度融合的要求，可满足基于SAT 5G体制的卫星通讯需求，适用于在卫星通信领域广泛推广与应用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的低轨卫星通信星载多波束相控阵天线的架构示意图；
图2为本发明实施例提供的波束发射组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的发射模块的外形结构示意图；
图4为本发明实施例提供的低轨卫星通信星载多波束相控阵天线的波控网络的示意图；
图5为本发明实施例提供的低轨卫星通信星载多波束相控阵天线的整体结构示意图；
图6为本发明实施例提供的低轨卫星通信星载多波束相控阵天线的爆炸示意图；
图7为本发明实施例提供的发射天线阵列的布局结构示意图；
图8为本发明实施例提供的波束幅相多功能芯片的控制原理图；
图9为本发明实施例提供的射频板的结构示意图。
附图标记：10-波控组件；20-波束发射组件；30-发射馈电网络；40-发射天线阵列；50-壳体；60-共用基础模块。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例：
参见图1～7所示，本实施例所提供的低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，可以但不限于包括：波控组件10、波束发射组件20、发射馈电网络30以及发射天线阵列40；在具体应用时，波控组件10，用于接收n个发射信号的信号指向指令，并对所述信号指向指令进行解析，得到每个发射信号的相位变换信息，其中，n为大于4的正整数；即本实施例所提供的相控阵天线可一次性实现4个以上发射信号的指向指令的解析，从而得出每个发射信号的相位变换信息(即指向角，以以及该指向角对应的相位变换数据)，以基于指向角进行移相处理；其中，波控组件10在解析得到每个发射信号的相位变换信息后，则可将前述各个相位变换信息发送至波束发射组件20，以便后续基于波束发射组件20对发射信号进行移相处理。
在本实施例中，举例所述波束发射组件20可以但不限于包括多个发射模块，且所述多个发射模块中的每个发射模块内均设置有m个移相通道，其中，每个发射模块内的移相通道与发射信号的传输距离有关，距离越远，移相通道数越多，因此，本实施例所提供的相控阵天线中的通道数可根据传输距离而具体设定。
更进一步的，外部输入的发射信号经发射馈电网络30后，会由发射馈电网络30将各个发个信号发送至每一个发射模块中，也就是每个发射模块均会接收到n个发射信号，而由于每个发射模块对接收的n个发射信号的处理过程一致，下述与任一发射模块为例，来进行发射信号处理流程的详细阐述：
在具体实施时，对于任一发射模块，所述任一发射模块通信连接所述波控组件10和发射馈电网络30，用于接收所述发射馈电网络30传输的n个发射信号以及所述波控组件10传输的每个发射信号的相位变换信息，并将n个发射信号中的每个发射信号进行功分处理，得到每个发射信号对应的第一功分波束，其中，任一发射信号对应有m个第一功分波束，且m为正整数；即在本实施例中，任一发射模块对接收到的每个发射信号，均会功分为与移相通道数相同数量的第一功分波束，以便后续实现各个发射信号的第一功分波束，与每个移相通道的一一匹配，具体的，每个发射信号的一第一功分波束均会在其对应的移相通道内进行移相处理以及功率放大，从而得到满足卫星通信要求的发射波束，同时，由于每个移相通道内各个第一功分波束的处理过程相同，下述以任一移相通道为例来进行阐述，如下所示：
对于任一发射模块中的任一发射信号，所述任一发射模块，还用于将所述任一发射信号所属的m个第一功分波束发射至各自对应的移相通道内，并基于所述任一发射信号的相位变换信息，将各个移相通道内的第一功分波束进行移相处理，得到任一发射信号对应的m个第二功分波束，以在将所有发射信号均移相处理后，得到每个发射信号对应的第二功分波束，其中，任一发射信号中的每个第一功分波束对应一移相通道，任一移相通道在进行相位变换前对应有n个第一功分波束，且n个第一功分波束中的每个第一功分波束均对应有一发射信号；具体应用时，下述以一个实例来阐述任一移相通道内的处理过程：
假设该发射反馈网络30向各个发射模块发送了8个发射信号，那么，对于该任一发射模块，则首先会将该每个发射信号均功分为8个第一功分波束，也就是一个发射信号对应有8个第一功分波束，因此，该任一发射模块中则具有64个第一功分波束；接着，由于每个发射信号的第一功分波束与移相通道为一一对应关系，也就是对于任一发射信号，该任一发射信号所属的8个第一功分波束与8个移相通道一一对应，即一个移相通道接收任一发射信号的一个第一功分波束(如任一发射信号的第一功分波束1对应移相通道1，第一功分波束2对应移相通道2，...,第一功分波束8对应移相通道8)；而后，按照前述过程，将所有发射信号对应的第一功分波束发送至移相通道内，此时，一个移相通道内则对应有8个第一功分波束；假设发射信号为1-8，那么移相通道1则对应有发射信号1的第一功分波束1，发射信号2的第一功分波束1,...,发射信号8的第一功分波束1，当然，其余移相通道也对应有8个第一功分波束；最后，该任一发射模块则会基于每个发射信号的相位变换信息，对各个移相通道对应的第一功分波束进行相位变换，也就是移相处理，处理后，每个移相通道则对应8个第二功分波束；当然，在其余不同数量的发射信号和不同数量的移相通道的情况下，处理过程与前述举例一致，于此不再赘述。
在完成对该任一发射模块内各个移相通道内所有第一功分波束的移相处理后，该任一发射模块则对各个移相通道内的第二功分波束进行合路处理，即同时对每个移相通道内的第二功分波束进行功率放大，并在放大后，同时发送至发射天线阵列单元；同理，由于各个移相通道内第二功分波束的合路处理过程相同，下述以任一移相通道为例进行阐述：
即：对于任一发射模块中的任一移相通道，所述任一发射模块还用于对该任一移相通道对应的n个第二功分波束进行合路处理，以将该任一移相通道内的n个第二功分波束同时进行功率放大，并将功率放大后的n个第二功分波束基于该任一移相通道同时传输至发射天线阵列40；具体应用时，还是在前述举例的基础上进行阐述，如对于移相通道1，即将其对应的8个第二功分波束同时进行功率放大，使其满足单波束EI RP(等效全向辐射功率)所需的功率，而后，则可将8个经过功率放大后的第二功分波束同时发送至发射天线阵列单元；同理，该任一发射模块内的其余移相通道内的第二功分波束，以及其余各个发射模块均会经过前述信号处理过程；由此，多个发射模块则会将各自移相通道内经过功率放大后的第二功分波束发送至发射天线阵列单元40，以便实现信号的发送。
由此，发射天线阵列40，则用于对所有发射模块传输的功率放大后的第二功分波束进行波束合成处理，得到n个发射波束，并将n个发射波束发送至接收终端；通过上述设计，本发明将多波束发射通道集成在一个发射组件中，相比于传统的四波束组件，本发明的集成度更高，由此，可使得该天线能够利用同一个天线阵面口径实现四个以上不同载波频率波束的发射，且每个波束可灵活独立控制指向并覆盖通信系统要求的作用区域，在链路具备高线性度的同时，实现高效率特性，从而满足基于SAT 5G体制的卫星通讯需求。
如图2所示，下述公开发射模块的其中一种结构，如下所示：
在本实施例中，举例所述任一发射模块包括1分m功分器，即功分器所功分的信号数量与发射模块中的通道数相等；同时，举例任一发射模块中的每个移相通道内均设置有波束幅相多功能芯片、驱动放大器以及Doherty功率放大器；因此，下述结合前述各个部件来具体阐述发射模块的工作原理：
在具体应用时，还是以任一发射模块为例，对于传输至所述任一发射模块中的n个发送信号，所述1分m功分器，用于将n个发射信号进行功分处理，得到每个发射信号对应的第一功分波束，并将所述每个发射信号所属的第一功分波束发送至各自对应的移相通道内的波束幅相多功能芯片，其中，任一移相通道内的波束幅相多功能芯片对应接收有n个第一功分波束；即若移相通道数为8，那么，该任一发射模块则包括1分8功分器，且1分8功分器将输入至该任一发射模块的发射信号均会功分为8个第一功分波束，并传输至各个第一功分波束对应的移相通道内的波束幅相多功能芯片中，即任一波束幅相多功能芯片均会接收到每个发射信号对应的一第一功分波束(如移相通道1内的波束幅相多功能芯片则接收到发射信号1的第一功分波束1，发射信号2的第一功分波束1,...,发射信号8的第一功分波束1)；而后，各个移相通道内的波束幅相多功能芯片则会对接收到的第一功分波束进行移相处理，如下所示：
对于任一移相通道，所述任一移相通道内的波束幅相多功能芯片基于每个发射信号的相位变换信息，对接收到的n第一功分波束进行移相处理，得到n个第二功分波束；接着，所述任一移相通道内的波束幅相多功能芯片还通过所述驱动放大器，将n个第二功分波束发送至该任一移相通道内的Doherty功率放大器，以使所述Doherty功率放大器同时对所述n个第二功分波束进行功率放大；最后，所述Doherty功率放大器，则通信连接所述发射天线阵列40，用于同时将功率放大后的n个第二功分波束发送至所述发射天线阵列40，以使所述发射天线阵列40在接收到所有发射模块中各个移相通道内的Doherty功率放大器传输的功率放大后的第二功分波束后，对所有功率放大后的第二功分波束进行波束合成处理，得到n个发射波束，并将n个发射波束发送至接收终端。
具体应用时，波束幅相多功能芯片集成n通道的移相衰减以及n合1的合路处理功能，即在前述举例的基础上进行阐述，每个波束幅相多功能芯片接收n个第一功分波束，如此，其内部设置有n个幅相控制通道(参见图4所示)，从而对在n个幅相控制通道内对接收的n个第一功分波束进行移相处理(即一个幅相控制通道对应一个第一功分波束)；进一步的，参见图8所示，以8通道为例，任一波束幅相多功能芯片内的8通道内分别设置有一移相及衰减电路，同时当各个第一功分波束输入至对应的移相及衰减电路后，在各自的波束控制信号(即由波束幅相多功能芯片基于每个发射信号的相位变换信息得到)的作用下，进行移相处理，移相处理后，即可进行合路处理。
由此通过前述对发射模块的详细阐述，模块中的波束幅相多功能芯片能够实现4个以上发射信号的移相处理，因此，可使本相控阵天线满足4个以上发射波束进行发射的相位控制需求；同时，采用Doherty功放构架作为发射模块的末级功放，可使得天线具有低功耗和高效率的特性，满足SAT 5G体制的卫星通信有效载荷对于信号完整性的要求。
可选的，举例发射模块中的移相通道以8通道为标准，且两个8通道采用相互叠加结构(即两个8通道对应的组件相互叠加，形成背靠背的结构)，参见图3所示，即本实施例所提供的相控阵天线，采用2×8的移相通道作为1个基本的CBB(共用基础模块)；因此，以该2×8的CBB模块60为基础，可根据使用需求来实现不同数量通道数的叠加，从而满足不同传输距离的使用需求。
更进一步的，举例每个发射模块对应的1分m功分器、波束幅相多功能芯片、驱动放大器以及Doherty功率放大器通过LTCC基板或微波多层复合板集成为一射频板；参见图9所示，以8波束为例，该射频板从上至下依次为器件层、波束1馈电层(对应于发射信号1)、GND层、波束2馈电层(对应于发射信号2)、GND层、波束3馈电层(对应于发射信号3)、GND层、波束4馈电层(对应于发射信号4)、GND层、4个控制信号层、GND层、3个供电层、GND层、波束5馈电层(对应于发射信号5)、GND层、波束61馈电层(对应于发射信号6)、GND层、波束7馈电层(对应于发射信号7)、GND层、波束8馈电层(对应于发射信号8)以及GND层；当然，其余数量波束对应的射频板的结构，可根据波束数量作出适应性改变，其原理与前述举例相同，于此不再赘述。
通过上述设计，本发明将各个发射模块内各个通道中的器件集成在一个射频板上，可实现器件的高度集成，从而为多波束的发射提供硬件支撑。
更进一步的，参见图2所示，举例所述发射馈电网络30可以但不限于包括：n个发射馈电网络单元，其中，每个发射馈电网络单元分别对应一发射信号，且每个发射馈电网络单元用于将对应的发射信号传输至各个发射模块中；由此，则可实现每个发射信号的独立发送，使得信号间互不干扰。
在具体实施时，举例所述波控组件10可以但不限于包括：移相控制芯片，其中，所述移相控制芯片通信连接各个发射模块，用于接收n个发射信号的信号指向指令，并对所述信号指向指令进行解析，得到每个发射信号的相位变换信息，以将每个发射信号的相位变换信息发送至各个发射模块；可选的，举例移相控制芯片包括多个波束控制单元，其中，波束控制单元与发射信号的数量一致，且一一对应，因此，即可实现一个波束控制单元解析一发射信号的信号指向指令，并传输至各个发送模块的各个移相通道内，参见图4所示，图4为本实施所提供的相控阵天线的波控网络的示意图，从图4中即可看出，每个发射信号的信号指向指令进入到对应的波束控制单元进行解析，而后则发送至各个发射模块的移相通道内，由移相通道内的波束幅相多功能芯片进行移相处理以及合路处理，并最终发送至发射天线阵列40。
另外，在本实施例中，参见图1所示，举例该相控阵天线还包括：电源组件，其中，所述电源组件分别电连接所述波控组件10以及所述波束发射组件20的供电端，为所述波控组件10以及所述波束发射组件20供电。
在一个可能的设计中，下述提供本实施例所提供相控阵天线的其中一种机械结构：
参见图5和图6所示，举例所述发射天线阵列40安装于壳体50的顶面，所述波控组件10固定于壳体50的底面，而所述波束发射组件20和所述发射馈电网络30则从上至下安装在所述发射天线阵列40与所述波控组件10之间；由此，将前述各个部件按照从上至下的顺序设置在壳体内，从而可使整个相控阵天线具有集成度高、体积小和散热效果良好的特点。
更进一步的，举例在所述壳体50的侧壁设置有n个射频接口，其中，每个射频接口通信连接一反射馈电网络单元，且任一射频接口作为一发射信号的输入接口；由此，即可实现每个发射信号与发射馈电网络单元的一一对应。
另外，举例所述发射天线阵列40包括发射左旋圆极化天线阵列，且发射天线阵列40采用三角布阵结构；由此，采用三角布阵结构，可满足4个以上多波束的大规模电路布局，从而符合4个以上多波束相控阵天线的通信需求。
参见图7所示，以64通道阵面为例，且按照旋转角360°，离轴角55°的波束扫描范围的要求，计算选取水平阵元间距为8.9mm，垂直间距为7.6mm，因此，8×8＝64阵元阵面尺寸为75.65mm×60.8mm；当然，其余通道数的尺寸计算原理与前述64通道为例，在此不再赘述。
由此，本发明从模拟多波束体制出发，结合芯片级集成、组件级集成，在实现功能、性能的同时，也开展标准化设计，通过减少元器件的使用数量规模，降低分部件的装配复杂度，使天线整机的组装模块化，可降低载荷天线的生产制造成本，为载荷天线的批量化、产业化生产制造奠定基础，适应低轨卫星星座构建大规模卫星组网的要求，完成卫星通信与5G通信融合的卫星互联网建设，推动分立的卫星通信系统逐步向着天地异构网络互联互通、天地一体的方向发展；另外，本发明的网络的容量快速增大、速率显著提高、服务不断拓展、成本明显降低，正在颠覆传统的电信行业概念，引领产业创新和商业模式创新，具备显著的社会效应和经济效应。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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 (9)

1.一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，包括：
波控组件(10)，用于接收n个发射信号的信号指向指令，并对所述信号指向指令进行解析，得到每个发射信号的相位变换信息，其中，n为大于4的正整数；
波束发射组件(20)，其中，所述波束发射组件(20)包括多个发射模块，且所述多个发射模块中的每个发射模块内均设置有m个移相通道；
对于任一发射模块，所述任一发射模块通信连接所述波控组件(10)和发射馈电网络(30)，用于接收所述发射馈电网络(30)传输的n个发射信号以及所述波控组件(10)传输的每个发射信号的相位变换信息，并将n个发射信号中的每个发射信号进行功分处理，得到每个发射信号对应的第一功分波束，其中，任一发射信号对应有m个第一功分波束，且m为正整数；
对于任一发射模块中的任一发射信号，所述任一发射模块，还用于将所述任一发射信号所属的m个第一功分波束发射至各自对应的移相通道内，并基于所述任一发射信号的相位变换信息，将各个移相通道内的第一功分波束进行移相处理，得到任一发射信号对应的m个第二功分波束，以在将所有发射信号均移相处理后，得到每个发射信号对应的第二功分波束，其中，任一发射信号中的每个第一功分波束对应一移相通道，任一移相通道在进行相位变换前对应有n个第一功分波束，且n个第一功分波束中的每个第一功分波束均对应有一发射信号；
对于任一发射模块中的任一移相通道，所述任一发射模块还用于对该任一移相通道对应的n个第二功分波束进行合路处理，以将该任一移相通道内的n个第二功分波束同时进行功率放大，并将功率放大后的n个第二功分波束基于该任一移相通道同时传输至发射天线阵列(40)；
所述发射天线阵列(40)，用于对所有发射模块传输的功率放大后的第二功分波束进行波束合成处理，得到n个发射波束，并将n个发射波束发送至接收终端。
2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述任一发射模块包括1分m功分器，且任一发射模块中的每个移相通道内均设置有波束幅相多功能芯片、驱动放大器以及Doherty功率放大器；
对于传输至所述任一发射模块中的n个发送信号，所述1分m功分器，用于将n个发射信号进行功分处理，得到每个发射信号对应的第一功分波束，并将所述每个发射信号所属的第一功分波束发送至各自对应的移相通道内的波束幅相多功能芯片，其中，任一移相通道内的波束幅相多功能芯片对应接收有n个第一功分波束；
对于任一移相通道，所述任一移相通道内的波束幅相多功能芯片基于每个发射信号的相位变换信息，对接收到的n第一功分波束进行移相处理，得到n个第二功分波束；
所述任一移相通道内的波束幅相多功能芯片还通过所述驱动放大器，将n个第二功分波束发送至该任一移相通道内的Doherty功率放大器，以使所述Doherty功率放大器同时对所述n个第二功分波束进行功率放大；
所述Doherty功率放大器，通信连接所述发射天线阵列(40)，用于同时将功率放大后的n个第二功分波束发送至所述发射天线阵列(40)，以使所述发射天线阵列(40)在接收到所有发射模块中各个移相通道内的Doherty功率放大器传输的功率放大后的第二功分波束后，对所有功率放大后的第二功分波束进行波束合成处理，得到n个发射波束，并将n个发射波束发送至接收终端。
3.根据权利2所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，每个发射模块对应的1分m功分器、波束幅相多功能芯片、驱动放大器以及Doherty功率放大器通过LTCC基板或微波多层复合板集成为一射频板。
4.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述发射馈电网络(30)包括n个发射馈电网络单元，其中，每个发射馈电网络单元分别对应一发射信号，且每个发射馈电网络单元用于将对应的发射信号传输至各个发射模块中。
5.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述波控组件(10)包括：移相控制芯片，其中，所述移相控制芯片通信连接各个发射模块，用于接收n个发射信号的信号指向指令，并对所述信号指向指令进行解析，得到每个发射信号的相位变换信息，以将每个发射信号的相位变换信息发送至各个发射模块。
6.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，还包括：电源组件，其中，所述电源组件分别电连接所述波控组件(10)以及所述波束发射组件(20)的供电端，为所述波控组件(10)以及所述波束发射组件(20)供电。
7.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，还包括壳体(50)，其中，所述发射天线阵列(40)安装于所述壳体(50)的顶面，所述波控组件(10)固定于所述壳体(50)的底面，且所述波束发射组件(20)和所述发射馈电网络(30)从上至下安装在所述发射天线阵列(40)与所述波控组件(10)之间。
8.根据权利要求7所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述壳体(50)的侧壁设置有n个射频接口，所述发射馈电网络(30)包括n个发射馈电网络单元，每个射频接口通信连接一反射馈电网络单元，且任一射频接口作为一发射信号的输入接口。
9.根据权利要求1所述的一种低轨卫星通信星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述发射天线阵列(40)包括发射左旋圆极化天线阵列，且发射天线阵列(40)采用三角布阵结构。
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