CN211182533U - 相控阵天线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种相控阵天线结构，包括:辐射阵模块、TR组件模块、功率调整模块、波控组件模块以及散热组件模块，其中，所述辐射阵模块与TR组件模块沿水平方向面对面连接，所述功率调整模块和波控组件模块沿竖直方向面对面连接后，再作为一个整体与所述TR组件模块面对面连接，所述散热组件模块与所述TR组件模块相连接。本实用新型所述天线结构的结构紧凑，TR组件数量可灵活配置，散热效果好，可以作为星载天线使用，也可以作为航空器、水面舰艇或地面通信设备天线使用，适用范围广泛。

Description

相控阵天线结构

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种相控阵天线结构。

背景技术

随着卫星通信对容量和带宽的需求大幅增加，EHF频段带宽资源丰富，EHF甚至更高频段的天线与载荷成为通信卫星发展的重要方向。因此可设计一种相控阵天线结构，但为了保证天线波束的扫描范围与副瓣出现的角度，相控阵辐射单元11间距通常要求低于1个波长，若天线工作的EHF频段，间距需小于10mm，大量射频器件在波长尺寸范围内毗邻，会存在以下技术问题：天线的尺寸要求非常紧凑，TR组件布置困难；小空间内集成大量的功率器件，热量很难散出；波束形成网络布线空间紧凑，耦合问题严重。

实用新型内容

本实用新型目的在于，提供一种相控阵天线结构，结构紧凑，TR组件数量可灵活配置，散热效果好，可以作为星载天线使用，也可以作为航空器、水面舰艇或地面通信设备天线使用，适用范围广泛。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种相控阵天线结构，包括:辐射阵模块、TR组件模块、功率调整模块、波控组件模块以及散热组件模块，其中，所述辐射阵模块与TR组件模块沿水平方向面对面连接，所述功率调整模块和波控组件模块沿竖直方向面对面连接后，再作为一个整体与所述TR组件模块面对面连接，所述散热组件模块与所述TR组件模块相连接，所述天线结构的工作频段为EHF频段。

进一步的，所述辐射阵模块包括多个按照预设规律排布的辐射单元，相邻辐射单元间距小于一个波长，所述多个辐射单元构成板面状的辐射阵面。

进一步的，所述天线结构还包括机箱，所述TR组件模块、功率调整模块、波控组件模块以及散热组件模块均安装在所述机箱内，所述辐射阵模块部分安装在所述机箱内或者全部位于所述机箱外，所述辐射阵模块的辐射阵面位于所述机箱外。

进一步的，所述TR组件模块包括多个TR组件，所述TR组件呈砖块桩，每个所述TR组件对应一列所述辐射单元，所述多个TR组件面对面设置，相邻两个所述TR组件之间设有TR组件间隙，每一所述辐射单元在对应的TR组件上对应一射频信号通道，每个所述射频信号通道配置为对应的相位。

进一步的，所述TR组件模块和所述波控组件模块之间采用至少一个波控接口连接。

进一步的，所述散热组件模块包括散热面和多个导热管，每一所述TR组件间隙之间安装有至少一个所述导热管，每一所述导热管一端安装在所述TR组件间隙中，另一端连接至所述散热面。

进一步的，所述导热管包括依次连接的第一散热段、第二散热段和第三散热段，所述第一散热段与第二散热段相垂直，所述第二散热段与第三散热段相垂直，所述第一散热段和第三散热段平行，所述波控组件模块上开设有L型凹槽，所述第一散热段一端延伸至所述TR组件间隙中，另一端延伸至所述L型凹槽内；所述第二散热段一端延伸至所述L型凹槽中，另一端延伸至所述散热面；所述第三散热段所述散热面对面设置，并贴合在所述散热面上。

进一步的，所述天线结构工作频段为Q\V频段。

进一步的，所述天线结构还包括至少一个加热组件，用于在天线温度低于预设温度时对天线进行加热。

进一步的，所述天线结构还包括电源模块，分别与所述TR组件模块、功率调整模块、波控组件模块以及散热组件模块相连接，用于为所述天线结构供电。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型一种相控阵天线结构可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本实用新型提供的相控阵天线结构，结构紧凑，TR组件数量可灵活配置，散热效果好，可以作为星载天线使用，也可以作为航空器、水面舰艇或地面通信设备天线使用，适用范围广泛。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供相控阵天线结构侧视图；

图2为本实用新型一实施例提供的相控阵天线结构局部爆炸图；

图3为本实用新型一实施例提供的相控阵天线结构的爆炸图。

【符号说明】

1：辐射阵模块 2：TR组件模块

3：功率调整模块 4：波控组件模块

5：散热组件模块 6：机箱

7：加热组件 8：电源模块

11：辐射单元构 12：辐射阵面

21：TR组件 22：TR组件间隙

51：散热面 52：导热管

521：第一散热段 522：第二散热段

523：第三散热段 61：底板

62：第一侧板 63：背板

64：第二侧板 41：L型凹槽

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种相控阵天线结构的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

相控阵即相位补偿(或延时补偿)基阵，它既可用以接收电磁信号，也可用以发射电磁信号，其工作原理是对按一定规律排列的基阵阵元的信号均加以适当的移相(或延时)以获得阵波束的偏转,在不同方位上同时进行相位(或延时)补偿,即可获得多波束，其优点是不必用机械转动基阵就可在所要观察的空间范围内实现波束的电扫描，非常方便灵活。EHF频段是指频率为30GHz-300GHz频段，EHF频段频段带宽资源丰富，EHF频段甚至更高频段的天线与载荷成为通信卫星发展的重要方向。

基于上述内容，本实用新型实施例提供了一种相控阵天线结构，所述天线结构的工作频段为EHF频段，如图1-图3所示，包括:辐射阵模块1、TR组件模块2、功率调整模块3、波控组件模块4以及散热组件模块5，其中，所述辐射阵模块1与TR组件模块2沿水平方向面对面连接，所述功率调整模块3和波控组件模块4沿竖直方向面对面连接后，再作为一个整体与所述TR组件模块2面对面连接，所述散热组件模块5与所述TR组件模块2相连接。

所述辐射阵模块1用于发射或接收射频信号。所述波控组件模块4用于接收卫星控制系统等指令，向所述TR组件模块2输出波束控制信号，对TR组件中各射频信号通道的相位、幅度进行控制，从而实现波束的变化。

所述TR组件模块2用于根据波控组件模块4发送的波速控制信号，在发射方向对射频信号的相位进行配置，把射频信号放大并输出至辐射阵模块1，以及在接收方向对输入的射频信号进行放大，配置相位并输出至功率调整模块3；所述功率调整模块3在发射方向用于将射频输入信号进行功率分配发送给TR组件模块2，接收方向用于将TR组件模块2输入的射频信号进行功率合成后从所述天线结构输出；所述散热组件用于对所述TR组件模块2散热。

如图2和图3所示示例，所述辐射阵模块1包括多个按照预设规律排布的辐射单元11，相邻辐射单元11间距小于一个波长，本实用新型实施例中，波长设置为10mm,所述多个辐射单元11构成板面状的辐射阵面12，所述多个辐射单元11在竖直方向分布多列，水平方向上，连续三个辐射单元11，两两之间的连线构成等腰三角形，但可以理解的是，所述多个辐射单元11还可根据具体应用需求排布为其他形式。

如图2和图3所示示例，所述天线结构还包括机箱6，包括底板61，第一侧板62，背板63和第二侧板64。所述TR组件模块2、功率调整模块3、波控组件模块4以及散热组件模块5均安装在所述机箱6内，所述辐射阵模块1部分安装在所述机箱6内或者全部位于所述机箱6外，所述辐射阵模块1的辐射阵面12位于所述机箱6外。

如图2和图3所示示例，所述TR组件模块2包括多个TR组件21，所述TR组件21呈砖块桩，每个所述TR组件21对应一列所述辐射单元11，所述多个TR组件21面对面设置，相邻两个所述TR组件21之间设有TR组件间隙22，每一所述辐射单元11在对应的TR组件上对应一射频信号通道，每个TR组件21中包含多个射频信号通道，每个所述射频信号通道配置为对应的相位。为保证不同通道中信号的幅度一致性，还可以对射频信号的幅度进行衰减控制。TR组件21中各射频信号通道根据配置相位的不同，可以使天线形成需要的发射或者接收波束.

作为一种示例，所述TR组件模块2和所述波控组件模块4之间采用至少一个波控接口连接，所述波控接口用于传输电源与控制等信号。

如图3所示示例，所述散热组件模块5包括散热面51和多个导热管52，每一所述TR组件间隙22之间安装有至少一个所述导热管52，导热管52吸收TR组件工作时产生的热量，通过导热管52传到至散热面51，均衡天线的热量。每一所述导热管52一端安装在所述TR组件间隙22中，另一端连接至所述散热面51。所述导热管52包括依次连接的第一散热段521、第二散热段522和第三散热段523，所述第一散热段521与第二散热段522相垂直，所述第二散热段522与第三散热段523相垂直，所述第一散热段521和第三散热段523平行，所述波控组件模块4上开设有L型凹槽41，所述第一散热段521一端延伸至所述TR组件间隙22中，另一端延伸至所述L型凹槽41内；所述第二散热段522一端延伸至所述L型凹槽41中，另一端延伸至所述散热面51；所述第三散热段523所述散热面51对面设置，并贴合在所述散热面51上，图3所示的散热面51安装在机箱6顶部。但可以理解的是，实际应用中，可以根据天线在系统中的布置，增加缩减热管长度，以及将散热面51放在所需的位置。

所述功率调整模块3包括射频合路器和功分器，所述功分器用于在发射方向将射频输入信号进行功率分配发送给TR组件模块2，所述射频合路器用于在接收方向将TR组件模块2输入的射频信号进行功率合成后从所述天线结构输出。其中，功分器，全称功率分配器(power divider)是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。

作为一种示例，所述天线结构工作频段为Q\V频段，EHF频段是指频率为30GHz-300GHz频段，低频部分又细分为Q\V频段，Q频段为33G-50GHz，V频段为50G-75GHz，Q/V频段带宽资源丰富，能够为卫星通信提供更大的容量和带宽。

如图2和图3所示示例，所述天线结构还包括至少一个加热组件7，用于在天线温度低于预设温度时对天线进行加热，防止天线低温工作。本实施例中，包括两个加热组件7，均安装在在机箱6的第一侧板62上，但可以理解的是，实际应用中，天线的加热组件7可还以灵活布置在天线的其他位置，在环境温度适宜的情况下可以不安装加热组件7，

如图1-图3所示示例，所述天线结构还包括电源模块8，分别与所述TR组件模块2、功率调整模块3、波控组件模块4以及散热组件模块5相连接，用于为天线供电。

本实用新型实施例提供的相控阵天线结构，结构紧凑，TR组件数量可灵活配置，散热效果好，可以作为星载天线使用，也可以作为航空器、水面舰艇或地面通信设备天线使用，适用范围广泛。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种相控阵天线结构，其特征在于，包括:辐射阵模块、TR组件模块、功率调整模块、波控组件模块以及散热组件模块，其中，所述辐射阵模块与TR组件模块沿水平方向面对面连接，所述功率调整模块和波控组件模块沿竖直方向面对面连接后，再作为一个整体与所述TR组件模块面对面连接，所述散热组件模块与所述TR组件模块相连接，所述天线结构的工作频段为EHF频段。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，

所述辐射阵模块包括多个按照预设规律排布的辐射单元，相邻辐射单元间距小于一个波长，所述多个辐射单元构成板面状的辐射阵面。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，

所述天线结构还包括机箱，所述TR组件模块、功率调整模块、波控组件模块以及散热组件模块均安装在所述机箱内，所述辐射阵模块部分安装在所述机箱内或者全部位于所述机箱外，所述辐射阵模块的辐射阵面位于所述机箱外。

4.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，

所述TR组件模块包括多个TR组件，所述TR组件呈砖块桩，每个所述TR组件对应一列所述辐射单元，所述多个TR组件面对面设置，相邻两个所述TR组件之间设有TR组件间隙，每一所述辐射单元在对应的TR组件上对应一射频信号通道，每个所述射频信号通道配置为对应的相位。

5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，

所述TR组件模块和所述波控组件模块之间采用至少一个波控接口连接。

6.根据权利要求4所述的天线结构，其特征在于，

所述散热组件模块包括散热面和多个导热管，每一所述TR组件间隙之间安装有至少一个所述导热管，每一所述导热管一端安装在所述TR组件间隙中，另一端连接至所述散热面。

7.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，

所述导热管包括依次连接的第一散热段、第二散热段和第三散热段，所述第一散热段与第二散热段相垂直，所述第二散热段与第三散热段相垂直，所述第一散热段和第三散热段平行，所述波控组件模块上开设有L型凹槽，所述第一散热段一端延伸至所述TR组件间隙中，另一端延伸至所述L型凹槽内；所述第二散热段一端延伸至所述L型凹槽中，另一端延伸至所述散热面；所述第三散热段所述散热面对面设置，并贴合在所述散热面上。

8.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，

所述天线结构工作频段为Q\V频段。

9.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，

所述天线结构还包括至少一个加热组件，用于在天线温度低于预设温度时对天线进行加热。

10.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，

所述天线结构还包括电源模块，分别与所述TR组件模块、功率调整模块、波控组件模块以及散热组件模块相连接，用于为所述天线结构供电。

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