CN204886954U - 一种多天线测控信号高效率发射网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多天线测控信号高效率发射网络，所述多天线测控信号高效率发射网络共包括：天线、滤波器、功率放大器、分路器及发射机；根据测控系统要求，网络设计共包括N个天线、N个滤波器、N个功率放大、1个分路器和1台发射机。所述的天线与滤波器连接，滤波器与功率放大器连接，所述的N个功率放大器与分路器连接，所述的分路器与发射机连接；所述天线、滤波器和功率放大器可通过集成化设计实现。本实用新型在不增加发射网络插损的基础上，节省了发射机数量及功耗，实现了多天线测控信号高效率发射。

Description

一种多天线测控信号高效率发射网络

技术领域

本实用新型涉及一种多天线测控信号高效率发射网络，属于宇航系统测控技术领域，尤其属于飞行器上使用的一种多天线测控信号发射网络领域。

背景技术

随着航空航天技术的发展，以及空间机动飞行器对太空安全和空间军事力量的重要战略意义，各国越来越重视航天高速飞行器相关技术的研究。目前，对航天高速飞行器相关技术的研究已经成为热点。

在国外，针对航天高速飞行器的研究开始的比较早。X-37系列项目源于美国对空间机动飞行器的兴趣，体现了美国对日益凸显重要性的太空安全的关注以及空间军事化的考量。X-37B虽然仍有很多不足，但其展现出的全球快速打击能力和空间安全威胁能力足以引起世界各国的重视。

测控系统是所有飞行器升空后与地面联系的信息线，对于飞行器尤为重要。为了实现对航天高速飞行器的实时测控，飞行器一般装备全向测控收发设备，这就需求飞行器装备多副天线，满足360°全向测控条件。

针对飞行器多天线测控信号发射的情况，为了尽可能降低发射机至天线的插损，国内外目前所采用的方法是，每副发射天线配置一套独立的发射通道。该方式虽然可以实现发射系统的低插损发射，但硬件开销较大，随着选取天线数量的增加，需增加的设备将使整个测控系统难以承受；

为了在节省发射通道设备数量的条件下，保持多天线测控信号发射效率，有必要研究相应的多天线测控信号高效率发射方式。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题为：克服现有技术的上述不足，提供一种多天线测控信号高效率发射网络，解决了多天线测控发射网络对发射机数量及功耗需求较高的问题。在节省发射机数量及功耗开销的基础上，实现了多天线测控信号高效率发射。

本实用新型的技术解决方案为：

本实用新型的一种多天线测控信号高效率发射网络，包括：一台发射机、多个天线、多个滤波器、多个功率放大器及一个分路器；该种多天线测控信号发射网络安装在飞行器上；

发射机输出端连接分路器的输入端，分路器的每路输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接一个天线；

发射机输出射频信号送至分路器，分路器接收发射机送来的射频信号，将该射频信号分路成多路射频信号，分别送至多个功率放大器，每个功率放大器接收分路后的射频信号，对该分路后的射频信号进行功率放大后，送至滤波器，滤波器对功率放大后的射频信号进行滤波后，经过天线发射至空间。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于，所述天线为3个，天线选用波束宽度为120度以上的天线，天线1安装在飞行器机身的背部，天线2和天线3安装在飞行器机身的腹部，且3个天线安装在飞行器机身的表面上，3个天线在飞行器机身的同一圆形截面上，且每两个天线与圆心的夹角为120度。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于，所述天线为4个，天线选用波束宽度为90度以上的天线，天线1安装在飞行器机身的背部，天线2安装在飞行器机身的腹部，天线3和天线4分别安装在飞行器机身的左右两侧，且4个天线安装在飞行器机身的表面上，4个天线在飞行器机身的同一圆形截面上，且每两个天线与圆心的夹角为90度。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于：所述滤波器为带通滤波器。带通滤波器的工作频率为Ka频段，采用波导滤波器。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于：所述功率放大器为Ka频段的固态功率放大器，固态功率放大器工作在饱和状态的输出功率最高可达10W。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于：所述功率放大器能够通过外部信号控制功率放大器的输出独立关断。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于：所述一个天线、一个滤波器和一个功率放大器集成为一个模块，以缩小体积。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于：所述分路器将射频信号分路成的多路射频信号的幅度和相位均可调整。

所述多天线测控信号发射网络，其特征在于：所述功率放大器的放大倍数能够调整，当一个功率放大器对应的天线与地面站有可视通路时，将该功率放大器的放大倍数增加3～10dB，发射网络中的其它功率放大器放大倍数减小3～10dB。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

(1)本实用新型一种多天线测控信号高效率发射网络(如图1所示)相比多天线测控信号独立发射网络(图2)在功率放大器和发射机之间增加了一个分路器，但却为测控系统节省N-1个发射通道，大大降低了测控系统对重量、功耗、空间的开支，特别适用于对测控系统占用资源要求较苛刻的应用领域。

(2)若本实用新型发射网络中单个天线的辐射宽度大于120°时，测控系统可采用3个天线在飞行器上成正三角形安装(图3)，实现飞行器测控系统360°测控覆盖，相比单个天线覆盖范围更宽，可实现飞行器在高机动状态下的高测控覆盖率。

(3)若本实用新型发射网络中单个天线的辐射宽度只能做到90°，测控系统将采用4个天线在飞行器上成正方形安装(图4)，同样可以实现飞行器测控系统360°测控覆盖，相比单个天线覆盖范围更宽，可实现飞行器在高机动状态下的高测控覆盖率。

(4)本实用新型发射网络中滤波器为带通滤波器，相比其它滤波器形式，可以很好的抑制测控系统所发射有用信号带外低频段和高频段的噪声，增强系统收发信道隔离度。

(5)若本实用新型测控系统发射信号工作在Ka频段，则网络中滤波器为Ka频段滤波器，采用波导滤波器实现，相比其它形式的滤波器，带外抑制能力强，且易于实现高功率信号传输。

(6)本实用新型射频网络所述功率放大器为Ka频段的固态功率放大器，工作在饱和状态的输出功率可达10W，相比行波管放大器，不需要长时间预热，供电即可输出大功率射频信号，作为飞行器载测控系统的一部分具有较高的时效性。

(7)本实用新型射频网络所述功率放大器能够通过外部信号控制功率放大器的输出独立关断，在飞行器平稳飞行时一般不需要多个天线同时发射信号，可通过外部信号控制功放关断，降低测控系统功耗。

(8)本实用新型射频网络中的天线、滤波器和功率放大器可通过集成化设计实现(图5)，降低了对飞行器空间资源的需求，飞行器结构总体无需单独为射频网络提供较大的安装空间。

(9)本实用新型射频网络所述分路器，将射频信号分路成多路射频信号的幅度和相位均可调整。由于分路器至各发射天线路径不一致会造成多天线辐射重叠处天线增益较低。通过调整分路器输出的多路射频信号幅度和相位可提高多天线辐射重叠处天线增益。

(10)本实用新型射频网络所述功率放大器的放大倍数能够调整，当一个功率放大器对应的天线与地面站有可视通路时，将该功率放大器的放大倍数增加，其它功率放大器放大倍数减小。在飞行器高机动飞行情况下，实现测控发射信号全向覆盖的同时，发射功率得到合理的分配。

附图说明

图1为本实用新型多天线测控信号高效率发射网络组成框图；

图2为多天线测控信号独立发射网络组成框图；

图3为本实用新型采用三天线时在飞行器上的安装位置示意图；

图4为本实用新型采用四天线时在飞行器上的安装位置示意图；

图5为本实用新型集成天线组成框图；

图6为本实用新型三天线测控信号高效率发射网络组成框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例和附图对本实用新型的实现进行详细的描述。

如图6所示，本实用新型一种多天线测控信号高效率发射网络实施例，包括：1台发射机、3个天线、3个滤波器、3个功率放大器及1个分路器；该多天线测控信号发射网络安装在飞行器上；

发射机输出端连接分路器的输入端，分路器的每路输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接一个天线；

发射机输出射频信号送至分路器，分路器接收发射机送来的射频信号，将该射频信号分路成3路射频信号，分别送至3个功率放大器，每个功率放大器接收分路后的射频信号，对该分路后的射频信号进行功率放大后，送至滤波器，滤波器对功率放大后的射频信号进行滤波后，经过天线发射至空间。

本实施例选取3个天线，所提供的天线采用波导馈源，工作在Ka频段(23GHz～32GHz)，可实现仰角小于等于±60°范围内发射增益大于-2dBi。通过三副天线120°背靠背安装，可满足测控信号360°全向发射的要求。并且相比多于3个天线的发射网络，节省了功率放大器功耗，从而降低测控发射网络的功耗(相比4天线发射网络节省功耗约25％)。

本实施例提供的3个滤波器相同，均为带通波导滤波器，工作在Ka频段。相对于普通滤波器，可实现低插损滤波，在插损小于0.5dB的条件下，可以实现60dBc带外抑制，带外抑制能力强。并且能够承受较高的传输功率，功率信号传输承载能力超过20W。

本实施例提供的3个功率放大器相同，都工作在Ka频段，工作在饱和区的输出功率为40dBm，转换效率为10％(含电源转换效率，即每个功率放大器的功耗为100W)，转换效率较高。每个功率放大器可通过外部控制信号独立关断，当飞行器处于平稳飞行状态时，可控制只有一个功放工作，对与本实施例可节省功耗约200W(约67％)；本实施例所选功率放大器的放大倍数能够上下调整3dB，当飞行器处于高动态飞行时，增加可视通路天线对应的功率放大器放大倍数3dB，同时降低其它功率放大器放大倍数3dB。采用该方法可增加测控通信链路余量(3dB)，保证飞行器测控链路可靠通信，又不增加测控发射网络功耗。

本实施例提供的分路器，为三端口输出分路器，工作在Ka频段，分路损失及插损总和可控制在5.3dB以内。并且分路器输出的多路射频信号的幅度和相位均可调整。本实施例提供的滤波器、功率放大器、分路器，相互之间通过波导连接，多天线通道之间由于连接波导路径的不同，引起各通道的插损不一致，可通过分路器调整各发射通道之间的相对幅度和相位进行修正，从而补偿了多天线辐射重叠处天线增益。

天线可采用北京诚广信电子技术有限公司的CG-30C1型号天线。

发射机可采用中电13所(中国电子科技集团公司第十三研究所的简称)的QZJ275C型号的发射机。

滤波器可采用中电13所的5FD10型号的滤波器。

功率放大器可采用中电13所的BW238型号的功率放大器。

分路器可采用中电13所的BW496型号的分路器。

对比本实施例与三天线测控信号独立发射网络的传输效率，如表1所示。对比条件中包括：测试工作频点选为30GHz，微波网络与发射机之间通过波导连接，波导插损为2dB。

通过对比发现：本实施例相比独立发射方式总的电源转换效率仅差0.1％，在节省2台发射机的同时，测控系统发射性能几乎不受影响。

表1本实施例与三天线测控信号独立发射网络的传输效率对比

以上所述，仅为本实用新型的典型实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于包括：一台发射机、多个天线、多个滤波器、多个功率放大器及一个分路器；该种多天线测控信号发射网络安装在飞行器上；

发射机输出端连接分路器的输入端，分路器的每路输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接一个天线；

发射机输出射频信号送至分路器，分路器接收发射机送来的射频信号，将该射频信号分路成多路射频信号，分别送至多个功率放大器，每个功率放大器接收分路后的射频信号，对该分路后的射频信号进行功率放大后，送至滤波器，滤波器对功率放大后的射频信号进行滤波后，经过天线发射至空间。

2.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于，所述天线为3个，天线选用波束宽度为120度以上的天线，天线1安装在飞行器机身的背部，天线2和天线3安装在飞行器机身的腹部，且3个天线安装在飞行器机身的表面上，3个天线在飞行器机身的同一圆形截面上，且每两个天线与圆心的夹角为120度。

3.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于，所述天线为4个，天线选用波束宽度为90度以上的天线，天线1安装在飞行器机身的背部，天线2安装在飞行器机身的腹部，天线3和天线4分别安装在飞行器机身的左右两侧，且4个天线安装在飞行器机身的表面上，4个天线在飞行器机身的同一圆形截面上，且每两个天线与圆心的夹角为90度。

4.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于：所述滤波器为带通滤波器。

5.如权利要求4所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于：所述带通滤波器的工作频率为Ka频段，采用波导滤波器。

6.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于：所述功率放大器为Ka频段的固态功率放大器，工作在饱和状态的输出功率最高可达10W。

7.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于：所述功率放大器能够通过外部信号控制功率放大器的输出独立关断。

8.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于：所述一个天线、一个滤波器和一个功率放大器集成为一个模块，以缩小体积。

9.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于：所述分路器将射频信号分路成的多路射频信号的幅度和相位均能够调整。

10.如权利要求1所述的一种多天线测控信号高效率发射网络，其特征在于：所述功率放大器的放大倍数能够调整，当一个功率放大器对应的天线与地面站有可视通路时，将该功率放大器的放大倍数增加3～10dB，发射网络中的其它功率放大器放大倍数减小3～10dB。