CN116387826A - 一种模块化叠层布局结构的星载sar天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，包括：至少两个天线模块，每一个天线模块包括辐射耦合层、转接合成层、射频网络层和有源控制层，每一个辐射耦合层安装于阵面框架上相对应的安装位上，辐射耦合层的下表面设有馈电网络接口、定标网络连接端口、低频电缆连接端口、阵面热控实施平面和固定接口，转接合成层安装于辐射耦合层的上表面，且转接合成层与辐射耦合层电性连接，射频网络层安装于转接合成层上，射频网络层电性连接辐射耦合层，有源控制层安装于射频网络层上，有源控制层电性连接辐射耦合层；馈电网络通过馈电网络接口连接连通辐射耦合层，定标网络通过定标网络连接端口连通辐射耦合层，阵面热控系统设置于阵面热控实施平面上，用于对于天线模块进行热量导出；低频电缆通过低频电缆连接端口连通辐射耦合层，用于为天线模块提供控制信号。

Description

一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线

技术领域

本发明涉及星载有源相控阵天线技术，尤其涉及一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达，可以在能见度极低的气象条件下得到类似光学照相的高分辨雷达图像，其要求SAR天线需要更大口径来增加增益和大功率辐射。目前在轨或在研的星载相控阵SAR天线系统集成度不高，模块结构复杂(精准度存在问题，调教复杂)。整个SAR天线采用模块化设计，每个天线模块中的馈电网络、定标网络、控制端口、供电端口全部在其内部汇总，并且方便安装易于维修，特别有利于大口径天线设计。天线模块使用多层叠加装配，同时作为辐射耦合层的波导缝隙阵直接作为安装结。

为此，本发明提供一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线。

一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，包括：至少两个天线模块、馈电网络、定标网络、阵面框架、阵面热控系统和低频电缆；所述阵面框架上为每一个所述天线模块设置一个相匹配的安装位；每一个所述天线模块包括辐射耦合层、转接合成层、射频网络层和有源控制层，每一个所述辐射耦合层安装于相对应的所述安装位上，所述辐射耦合层的下表面设有馈电网络接口、定标网络连接端口、低频电缆连接端口、阵面热控实施平面和固定接口，所述转接合成层安装于所述辐射耦合层的上表面，且所述转接合成层与所述辐射耦合层电性连接，所述射频网络层安装于所述转接合成层上，所述射频网络层电性连接所述辐射耦合层，所述有源控制层安装于所述射频网络层上，所述有源控制层电性连接所述辐射耦合层；所述馈电网络通过所述馈电网络接口连接连通所述辐射耦合层，所述定标网络通过所述定标网络连接端口连通所述辐射耦合层，所述阵面热控系统设置于所述阵面热控实施平面上，用于对于天线模块进行热量导出；所述低频电缆通过所述低频电缆连接端口连通所述辐射耦合层，用于为天线模块提供控制信号。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述转接合成层包括射频转接板、定标合成板和铝盖板，定标合成板通过螺钉固定于所述辐射耦合层上表面，且所述定标合成板通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层，所述射频转接板位于所述定标合成板的上方，所述射频转接板通过螺钉固定于所述辐射耦合层上表面，且所述射频转接板通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层，所述铝盖板封盖于所述辐射耦合板上表面，且所述铝盖板与所述辐射耦合板之间形成容所述纳射频转接板与所述定标合成板的腔体。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述射频网络层包括所述一分二功分器、一分四功分器、延时组件和射频电缆，通过所述射频电缆进行电性连接的所述一分二功分器、一分四功分器与延时组件均铺于所述铝盖板上，所述射频电缆通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述有源控制层包括有源安装板、若干二次电源与激励器模块和若干T/R组件，所述有源安装板内置有热管，所述有源安装板通过螺钉固定连接所述辐射耦合层，所述二次电源与激励器模块与所述T/R组件均安装于所述有源安装板上，所述二次电源与激励器模块与所述T/R组件通过柔性印制板低频电缆电性连接，所述T/R组件通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述辐射耦合层具有三合一波导缝隙阵、四合一波隙阵。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述馈电网络、所述定标网络与所述低频电缆分类设置于所述阵面框架上进行性单独绑扎固定，使得所述馈电网络、所述定标网络与所述低频电缆在空间上进行隔离，且相互之间不干涉。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述馈电网络连接接口与所述定标网络连接端口位于所述辐射耦合层的左、右两侧，且馈电网络和低频网络分布位于天线上、下两部分，互不干涉。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述低频电缆中的供电接口和控制接口分布位于所述辐射耦合层的上、下两侧，所述低频电缆中的供电部分和控制部分分别在所述阵面框架的上、下边缘绑扎，在天线阵面纵向几何中心分别汇总。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述垂直盲插连接器为SMP可盲插连接器。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述射频网络层靠近所述有源控制层的一侧做黑色阳极氧化处理，增加吸收率。

在上述方案基础上并且作为上述方案的优选方案：所述有源控制层靠近所述射频网络层的一侧做黑色阳极氧化处理，增加辐射率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用了模块化设计，大大降低了大口径SAR天线结构的设计复杂度。天线模块采用分层平铺式叠加安装，极大提高了设计集成度，同时实现了天线的低剖面特性。波导缝隙阵同时实现了微波辐射、通道耦合、结构安装、腔体屏蔽、散热等多种功能集成，减轻了天线重量，提高了射频信号的抗干扰能力，同时解决了SAR天线大功率工作时的散热问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为SAR天线正面的结构示意图；

图2为SAR天线背面的结构示意图；

图3为SAR天线侧面的结构示意图；

图4为SAR天线第一爆炸图示意图；

图5为SAR天线第二爆炸图示意图；

图6为SAR天线第三爆炸图示意图；

图7为波导缝隙天线单元剖面结构示意图；

图8为定标合成板4的结构示意图；

图9为射频转接板5的结构示意图；

图10天线模块的射频网络层布局结构示意图；

图11天线模块的有源控制层结构示意图；

图12射频连接器的盲插结构示意图。

图中标记说明：1、阵面框架；2、四合一波导缝隙阵；3、三合一波导缝隙阵；4、定标合成板；5、射频转接板；6、铝盖板；7、一分二功分器；8、一分四功分器；9、延时组件；10、有源安装板；11、二次电源与激励器模块；12、T/R组件；13、SMP可盲插连接器；14、柔性印制板低频电缆；15、半钢电缆；16、馈电端口；17、耦合端口。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合说明书附图1-图12对本申请进行详细说明，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。

一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，包括：至少两个天线模块、馈电网络、定标网络、阵面框架1、阵面热控系统和低频电缆；阵面框架1上为每一个天线模块设置一个相匹配的安装位；每一个天线模块包括辐射耦合层、转接合成层、射频网络层和有源控制层，每一个辐射耦合层安装于相对应的安装位上，辐射耦合层的下表面设有馈电网络接口、定标网络连接端口、低频电缆连接端口、阵面热控实施平面和固定接口，转接合成层安装于辐射耦合层的上表面，且转接合成层与辐射耦合层电性连接，射频网络层安装于转接合成层上，射频网络层电性连接辐射耦合层，有源控制层安装于射频网络层上，有源控制层电性连接辐射耦合层；馈电网络通过馈电网络接口连接连通辐射耦合层，定标网络通过定标网络连接端口连通辐射耦合层，阵面热控系统设置于阵面热控实施平面上，用于对于天线模块进行热量导出；低频电缆通过低频电缆连接端口连通辐射耦合层，用于为天线模块提供控制信号。本发明采用了模块化设计，大大降低了大口径SAR天线结构的设计复杂度。天线模块采用分层平铺式叠加安装，极大提高了设计集成度，同时实现了天线的低剖面特性。需要说明的是，本实施例中，阵面框架1采用的是碳纤维复合材料，实际使用时保证工作强度的同时减轻了阵面框架1的重量。

参见图4至图6所示，本申请提供的一种具体示例，转接合成层包括射频转接板5、定标合成板4和铝盖板6，定标合成板4通过螺钉固定于辐射耦合层上表面，且定标合成板4通过垂直盲插连接器电性连接辐射耦合层，射频转接板5位于定标合成板4的上方，射频转接板5通过螺钉固定于辐射耦合层上表面，且射频转接板5通过垂直盲插连接器电性连接辐射耦合层，铝盖板6封盖于辐射耦合板上表面，且铝盖板6与辐射耦合板之间形成容纳射频转接板5与定标合成板4的腔体。参见图8所示，本申请提供一种定标合成板4的结构示意图，参见图9所示，本申请提供一种射频转接板5的结构示意图，本实施例中，射频转接板5和定标合成板4均使用带状线单板设计。

参见图5和图6所示，本申请提供的一种具体示例，射频网络层包括一分二功分器7、一分四功分器8、延时组件9和射频电缆，通过射频电缆进行电性连接的一分二功分器7、一分四功分器8与延时组件9均铺于铝盖板6上，射频电缆通过垂直盲插连接器电性连接辐射耦合层。参见图10所示，提供本申请的一种具体示例，射频网络层具体结构，其中，延时组件9的个数有七个，一分二功分器7的个数有两个，一分四功分器8的个数有四个，射频网络层中的射频电缆均使用半钢电缆连接。值得一说的是，本申请不限制一分二功分器7、一分四功分器8和延时组件9的具体个数，其他实施例中可根据实际需求进行确定。

参见图4和图6所示，本申请提供的一种具体示例，有源控制层包括有源安装板10、若干二次电源与激励器模块11和若干T/R组件12，有源安装板10内置有热管，有源安装板10通过螺钉固定连接辐射耦合层，二次电源与激励器模块11与T/R组件12均安装于有源安装板10上，二次电源与激励器模块11与T/R组件12通过柔性印制板低频电缆电性连接，T/R组件12通过垂直盲插连接器电性连接辐射耦合层。需要说明的是，本实施例中，延时组件9和二次电源与激励器模块11之间使用宇航电缆连接。参见图5和图6所示，本申请提供的一种具体示例，辐射耦合层具有三合一波导缝隙阵3、四合一波导缝隙阵2。具体地，本实施例中，柔性印制板低频电缆为聚酰亚胺薄膜电缆；三合一波导缝隙阵3与四合一波导缝隙阵2均采用铝合金材料，使用真空钎焊焊接，外表面做光亮阳极氧化处理，用以使得阵面在太空环境下的温度控制。波导缝隙阵同时实现了微波辐射、通道耦合、结构安装、腔体屏蔽、散热等多种功能集成，减轻了天线重量，提高了射频信号的抗干扰能力，同时解决了SAR天线大功率工作时的散热问题。

本申请的一种具体示例，其中辐射耦合层设有用于与螺钉相配合的安装孔，辐射耦合层中的安装孔镶嵌钢丝螺套，且钢丝螺套的外表面做一定吸收率和辐射率的光亮阳极氧化处理，内表面做导电处理，耦合信号采用探针耦合处理。需要说明的是，本申请天线模块中的叠加装配中，其安装孔均镶嵌钢丝螺套，微波信号均使用垂直盲插互连。

本实施例中的每个天线模块均由一个馈电端口、一个耦合端口，使用带法兰的盲插射频连接器固定在波导上。参见图11所示，有源控制层结构具体地，本实施例中的有源安装板10使用铝蜂窝结构，内部埋设有热管，表面经过黑色阳极氧化处理，用于对T/R组件12的均温控制，且高效强化与三合一波导缝隙阵3和四合一波导缝隙阵2之间热传递。

本实施例的具体示例，馈电网络、定标网络与低频电缆分类设置于阵面框架1上进行性单独绑扎固定，天线模块位于中间的模块需在功分器、合成器以及电缆汇总处添加安装孔，对外合成一路馈电端口、一路定标端口、一路控制端口、两路路供电端口。使得馈电网络、定标网络与低频电缆在空间上进行隔离，且相互之间不干涉。馈电网络连接接口与定标网络连接端口位于辐射耦合层的左、右两侧，且馈电网络和低频网络分布位于天线上、下两部分，互不干涉。

低频电缆中的供电接口和控制接口分布位于辐射耦合层的上、下两侧，低频电缆中的供电部分和控制部分分别在阵面框架1的上、下边缘绑扎，在天线阵面纵向几何中心分别汇总。

参见图12所示，本申请中的垂直盲插连接器为SMP可盲插连接器。

本申请提供了一种具体示例，射频网络层靠近有源控制层的一侧做黑色阳极氧化处理，增加吸收率。有源控制层靠近射频网络层的一侧做黑色阳极氧化处理，增加辐射率。

本申请的一种具体示例，参见图1所示，本实例的星载SAR天线的模块化叠层布局结构共使用11个天线模块，包含616个T/R组件12，22个二次电源与激励器模块11，22根热管，88路加热器(含备份)，整体包络尺寸约5600mm*1140mm*140mm。整阵天线基频为123Hz，天线模块通过了正弦振动12g、随机振动20g的力学试验验证，结构牢固稳定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (11)

1.一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，特征在于，包括：至少两个天线模块、馈电网络、定标网络、阵面框架、阵面热控系统和低频电缆；所述阵面框架上为每一个所述天线模块设置一个相匹配的安装位；每一个所述天线模块包括辐射耦合层、转接合成层、射频网络层和有源控制层，每一个所述辐射耦合层安装于相对应的所述安装位上，所述辐射耦合层的下表面设有馈电网络接口、定标网络连接端口、低频电缆连接端口、阵面热控实施平面和固定接口，所述转接合成层安装于所述辐射耦合层的上表面，且所述转接合成层与所述辐射耦合层电性连接，所述射频网络层安装于所述转接合成层上，所述射频网络层电性连接所述辐射耦合层，所述有源控制层安装于所述射频网络层上，所述有源控制层电性连接所述辐射耦合层；所述馈电网络通过所述馈电网络接口连接连通所述辐射耦合层，所述定标网络通过所述定标网络连接端口连通所述辐射耦合层，所述阵面热控系统设置于所述阵面热控实施平面上，用于对于天线模块进行热量导出；所述低频电缆通过所述低频电缆连接端口连通所述辐射耦合层，用于为天线模块提供控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述转接合成层包括射频转接板、定标合成板和铝盖板，定标合成板通过螺钉固定于所述辐射耦合层上表面，且所述定标合成板通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层，所述射频转接板位于所述定标合成板的上方，所述射频转接板通过螺钉固定于所述辐射耦合层上表面，且所述射频转接板通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层，所述铝盖板封盖于所述辐射耦合板上表面，且所述铝盖板与所述辐射耦合板之间形成容所述纳射频转接板与所述定标合成板的腔体。

3.根据权利要求2所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述射频网络层包括所述一分二功分器、一分四功分器、延时组件和射频电缆，通过所述射频电缆进行电性连接的所述一分二功分器、一分四功分器与延时组件均铺于所述铝盖板上，所述射频电缆通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层。

4.根据权利要求3所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述有源控制层包括有源安装板、若干二次电源与激励器模块和若干T/R组件，所述有源安装板内置有热管，所述有源安装板通过螺钉固定连接所述辐射耦合层，所述二次电源与激励器模块与所述T/R组件均安装于所述有源安装板上，所述二次电源与激励器模块与所述T/R组件通过柔性印制板低频电缆电性连接，所述T/R组件通过垂直盲插连接器电性连接所述辐射耦合层。

5.根据权利要求1所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述辐射耦合层具有三合一波导缝隙阵、四合一波导缝隙阵。

6.根据权利要求1所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述馈电网络、所述定标网络与所述低频电缆分类设置于所述阵面框架上进行性单独绑扎固定，使得所述馈电网络、所述定标网络与所述低频电缆在空间上进行隔离，且相互之间不干涉。

7.根据权利要求1所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述馈电网络连接接口与所述定标网络连接端口位于所述辐射耦合层的左、右两侧，且馈电网络和低频网络分布位于天线上、下两部分，互不干涉。

8.根据权利要求7所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述低频电缆中的供电接口和控制接口分布位于所述辐射耦合层的上、下两侧，所述低频电缆中的供电部分和控制部分分别在所述阵面框架的上、下边缘绑扎，在天线阵面纵向几何中心分别汇总。

9.根据权利要求1所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述垂直盲插连接器为SMP可盲插连接器。

10.根据权利要求1所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述射频网络层靠近所述有源控制层的一侧做黑色阳极氧化处理，增加吸收率。

11.根据权利要求1所述的一种模块化叠层布局结构的星载SAR天线，其特征在于，所述有源控制层靠近所述射频网络层的一侧做黑色阳极氧化处理，增加辐射率。

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