CN215342993U - 一种相控阵天线系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种相控阵天线系统，包括调制解调主板和天线单元；所述调制解调主板包括：采用不同卫星系统但共用天线单元的多个基带板卡，用于基于天线单元与各自对应的卫星建立通信链路；与各基带板卡均连接的转接模块，转接模块通过内部的开关建立基带板卡与天线单元之间的连接通道；功分器，功分器的输入端连接至天线单元的接收阵列，功分器的多个输出端分别与各基带板卡连接；与各基带板卡均连接的切换模块，切换模块连接至天线单元的发射阵列，用于将当前接入的基带板卡发送的上行中频信号传输至发射阵列进行射频发射。本申请可以兼容多种不同频段、不同轨道类型的卫星链路，并且多模架构结构简单，有效降低了硬件空间占用与系统功耗。

Description

一种相控阵天线系统

技术领域

本申请涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种相控阵天线系统。

背景技术

随着技术的发展，为满足当前不断提高的应用需求，如今的机载卫星通信需要更多地适应多频段、高低轨的卫星系统之间的切换。当前的一些解决方案中，使用了多组调制解调器配合各自的独立天线来使用不同的卫星链路进行通信。但是，飞机等运载体上对机载设备的承载力严格而有限，增加设置多组调制解调器及其对应的独立天线非常不利于节省机上的硬件空间布局和燃油消耗。

鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种相控阵天线系统，以便有效提高对多种卫星链路的兼容性，并减少硬件空间占用和系统功耗。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种相控阵天线系统，包括调制解调主板和天线单元；所述调制解调主板包括：

采用不同卫星系统但共用所述天线单元的多个基带板卡，用于基于所述天线单元与各自对应的卫星建立通信链路；

与各所述基带板卡均连接的转接模块，所述转接模块通过内部的开关建立所述基带板卡与所述天线单元之间的连接通道；

功分器，所述功分器的输入端连接至所述天线单元的接收阵列，所述功分器的多个输出端分别与各所述基带板卡连接；

与各所述基带板卡均连接的切换模块，所述切换模块连接至所述天线单元的发射阵列，用于将当前接入的基带板卡发送的上行中频信号传输至所述发射阵列进行射频发射。

可选地，所述调制解调主板还包括：

与所述转接模块连接的主控模块，用于将需要接入的基带板卡的指定信息发送至所述转接模块。

可选地，所述调制解调主板还包括：

与所述主控模块连接、并与各所述基带板卡均连接的供电控制模块，用于根据所述主控模块发送的上下电指令，控制各所述基带板卡的上下电。

可选地，所述天线单元还包括：

与所述切换模块连接的上变频电路，用于对所述上行中频信号进行上变频；

分别与所述发射阵列和所述上变频电路连接的上行波束成形电路，用于获取所述上变频电路输出的上变频信号，并输出与所述上变频信号对应的上行波束至所述发射阵列。

可选地，所述天线单元的所述接收阵列包括第一阵列组合与第二阵列组合；

所述天线单元还包括合路器，所述合路器的第一输入端连接至所述第一阵列组合，第二输入端连接至所述第二阵列组合，输出端连接至所述功分器，用于获取来自所述第一阵列组合的第一中频信号与来自所述第二阵列组合的第二中频信号，并输出一路对应的下行中频信号至所述功分器。

可选地，所述天线单元还包括：

与所述第一阵列组合连接的第一波束成形电路，用于获取所述第一阵列组合输出的信号，并输出第一下行波束；

连接在所述第一波束成形电路与所述合路器之间的第一下变频电路，用于对所述第一下行波束进行下变频以生成所述第一中频信号；

与所述第二阵列组合连接的第二波束成形电路，用于获取所述第二阵列组合输出的信号，并输出第二下行波束；

连接在所述第二波束成形电路与所述合路器之间的第二下变频电路，用于对所述第二下行波束进行下变频以生成所述第二中频信号。

可选地，所述天线单元还包括：

连接在所述第一下变频电路与所述合路器之间的第一带通滤波器。

可选地，所述天线单元还包括：

连接在所述第二下变频电路与所述合路器之间的第二带通滤波器。

可选地，所述天线单元还包括：

与所述转接模块连接的天线控制模块，用于通过所述转接模块内部的开关实现与对应的所述基带板卡之间的连接通道，并依据当前接入的基带板卡，生成并发送对应的调控信号至所述上行波束成形电路、所述第一波束成形电路、所述第二波束成形电路。

可选地，各所述基带板卡包括分别使用高轨道卫星系统和低轨道卫星系统的不同基带板卡；

或者，各所述基带板卡包括分别使用L频段、S频段、Ku频段、Ka频段的不同基带板卡。

本申请所提供的相控阵天线系统所具有的有益效果是：本申请设置了分别采用不同卫星链路的基带板卡，可以兼容多种不同频段、不同轨道类型的卫星链路，并且，基于相关电路的配合使用，各个基带板卡可共用同一天线单元，实现结构简单的多模架构，有效降低了硬件空间占用与系统功耗。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例公开的一种相控阵天线系统的结构框图；

图2为本申请实施例公开的又一种相控阵天线系统的结构框图。

具体实施方式

本申请的核心在于提供一种相控阵天线系统，以便有效提高对多种卫星链路的兼容性，并减少硬件空间占用和系统功耗。

为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种相控阵天线系统，包括调制解调主板100和天线单元200；调制解调主板100包括：

采用不同卫星系统但共用天线单元200的多个基带板卡101，用于基于天线单元200与各自对应的卫星建立通信链路；

与各基带板卡101均连接的转接模块102，转接模块102通过内部的开关建立基带板卡101与天线单元200之间的连接通道；

功分器103，功分器103的输入端连接至天线单元200的接收阵列201，功分器103的多个输出端分别与各基带板卡101连接；

与各基带板卡101均连接的切换模块104，切换模块104连接至天线单元200的发射阵列202，用于将当前接入的基带板卡101发送的上行中频信号传输至发射阵列202进行射频发射。

具体地，本申请公开的相控阵天线系统，具体采用的是多模架构，即设置有采用不同卫星系统的多个核心基带板卡101，可以具体为两个、三个等。并且，在其他模块的配合连接下，各个核心基带板卡101可共用同一个天线单元200，因此不必增设多组配有独立天线的调制解调器，所以，本申请的相控阵天线系统具有相对较为简单的多模系统结构，可有效避免增加硬件布局空间和系统功耗。

其中，本申请为了兼容不同卫星链路而设置的多个核心基带板卡101，可具体包括分别使用高轨道卫星系统和低轨道卫星系统的不同基带板卡101；又或者，可具体包括分别使用L频段、S频段、Ku频段、Ka频段的不同基带板卡101。

其中，高轨道卫星系统又称为地球静止轨道卫星系统(Geostationary EarthOrbits，GEO)，其对星精度要求较高；而低轨道卫星系统(Low Earth Orbit，LEO)的对星精度要求则较低。

具体地，高轨道卫星系统使用的是位于赤道上方35800km的对地同步卫星。在这个高度上，一颗卫星几乎可以覆盖整个半球，形成一个区域性通信系统，为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务。低轨道卫星系统的卫星轨道高度较低，一般是由多个卫星构成的用于进行实时信息处理的大型卫星系统，主要用于军事目标探测，获得目标物高分辨率图像，但也用于手机通讯。

由于设置了多个基带板卡101，因此相对应的，本申请利用了转接模块102来实现指定基带板卡101与天线单元200之间的连接通道。具体地，转接模块102的一端连接至天线单元200中的天线控制模块210，另一端可分别与各基带板卡101连接。其内部的开关通路决定了各基带板卡101是否接入天线单元200。

在接收通道中，为了实现接入的基带板卡101能够接收下行信号，本申请具体使用了连接了各基带板卡101的功分器103即功率分配器，可将下行信号功分给当前接入的基带板卡101。在发射通道中，为了实现接入的基带板卡101能够发送上行信号，本申请具体使用了连接了各基带板卡101的切换模块104，可帮助输出了上行信号的基带板卡101将其上行信号发送至相控阵天线的发射阵列202。

其中，功分器103是一种可以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常见器件。一般地，也可反过来使用将多路信号能量合成一路输出，此时则为合路器205。

可见，本申请所公开的相控阵天线系统，设置了分别采用不同卫星链路的基带板卡101，可以兼容多种不同频段、不同轨道类型的卫星链路，并且，基于相关电路的配合使用，各个基带板卡101可共用同一天线单元200，实现结构简单的多模架构，有效降低了硬件空间占用与系统功耗。

参见图2所示，本申请实施例公开了又一种相控阵天线系统。作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，调制解调主板100还包括：

与转接模块102连接的主控模块105，用于将需要接入的基带板卡101的指定信息发送至转接模块102。

具体地，基于该指定信息，转接模块102可进一步通过内部开关，为对应的基带板卡101建立与天线单元200之间的通信连接。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，调制解调主板100还包括：

与主控模块105连接、并与各基带板卡101均连接的供电控制模块106，用于根据主控模块105发送的上下电指令，控制各基带板卡101的上下电。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，天线单元200还包括：

与切换模块104连接的上变频电路203，用于对上行中频信号进行上变频；

分别与发射阵列202和上变频电路203连接的上行波束成形电路204，用于获取上变频电路203输出的上变频信号，并输出与上变频信号对应的上行波束至发射阵列202。

具体的，容易理解的是，该相控阵天线系统的发射通路具体为：

当前发射上行信号的基带板卡101-切换模块104-上变频电路203-上行波束成形电路204-发射阵列202。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，天线单元200的接收阵列201包括第一阵列组合2011与第二阵列组合2012；

天线单元200还包括合路器205，合路器205的第一输入端连接至第一阵列组合2011，第二输入端连接至第二阵列组合2012，输出端连接至功分器103，用于获取来自第一阵列组合2011的第一中频信号与来自第二阵列组合2012的第二中频信号，并输出一路对应的下行中频信号至功分器103。

具体地，为了应对在特别情况下由两个基带板卡101同时分别接收各自卫星信号的情况，本申请实施例具体进一步设计了两个接收通道。两个接收通道的信号经合路器205合成一路信号后，再发送给功分器103。

当然容易理解的是，本领域技术人员也可以继续扩展而设置更多的接收通道，本申请对此并不进行限定。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，天线单元200还包括：

与第一阵列组合2011连接的第一波束成形电路206，用于获取第一阵列组合2011输出的信号，并输出第一下行波束；

连接在第一波束成形电路206与合路器205之间的第一下变频电路207，用于对第一下行波束进行下变频以生成第一中频信号；

与第二阵列组合2012连接的第二波束成形电路208，用于获取第二阵列组合2012输出的信号，并输出第二下行波束；

连接在第二波束成形电路208与合路器205之间的第二下变频电路209，用于对第二下行波束进行下变频以生成第二中频信号。

如此，“第一阵列组合2011-第一波束成形电路206-第一下变频电路207-合路器205-功分器103-基带板卡101”便构成了第一个接收通道；而“第二阵列组合2012-第二波束成形电路208-第二下变频电路209-合路器205-功分器103-基带板卡101”便构成了另一个接收通道。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，天线单元200还包括：

连接在第一下变频电路207与合路器205之间的第一带通滤波器。

在另一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，天线单元200还包括：

连接在第二下变频电路209与合路器205之间的第二带通滤波器。

具体地，对于第一接收通道的第一中频信号与第二接收通道的第二中频信号，若信号频率过近难免会产生干扰，因此，可基于带通滤波器将频率相近的部分滤除。

作为一种具体实施例，本申请实施例所公开的相控阵天线系统在上述内容的基础上，天线单元200还包括：

与转接模块102连接的天线控制模块210，用于通过转接模块102内部的开关实现与对应的基带板卡101之间的连接通道，并依据当前接入的基带板卡101，生成并发送对应的调控信号至上行波束成形电路204、第一波束成形电路206、第二波束成形电路208。

具体地，容易理解的是，天线控制模块210是天线单元200里的重要控制部件。转接模块102正是通过与天线控制模块210相连接，而构成了调制解调主板100与天线单元200间的控制信号通路。

本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种相控阵天线系统，其特征在于，包括调制解调主板和天线单元；所述调制解调主板包括：

采用不同卫星系统但共用所述天线单元的多个基带板卡，用于基于所述天线单元与各自对应的卫星建立通信链路；

与各所述基带板卡均连接的转接模块，所述转接模块通过内部的开关建立所述基带板卡与所述天线单元之间的连接通道；

功分器，所述功分器的输入端连接至所述天线单元的接收阵列，所述功分器的多个输出端分别与各所述基带板卡连接；

与各所述基带板卡均连接的切换模块，所述切换模块连接至所述天线单元的发射阵列，用于将当前接入的基带板卡发送的上行中频信号传输至所述发射阵列进行射频发射。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调制解调主板还包括：

与所述转接模块连接的主控模块，用于将需要接入的基带板卡的指定信息发送至所述转接模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调制解调主板还包括：

与所述主控模块连接、并与各所述基带板卡均连接的供电控制模块，用于根据所述主控模块发送的上下电指令，控制各所述基带板卡的上下电。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线单元还包括：

与所述切换模块连接的上变频电路，用于对所述上行中频信号进行上变频；

分别与所述发射阵列和所述上变频电路连接的上行波束成形电路，用于获取所述上变频电路输出的上变频信号，并输出与所述上变频信号对应的上行波束至所述发射阵列。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述天线单元的所述接收阵列包括第一阵列组合与第二阵列组合；

所述天线单元还包括合路器，所述合路器的第一输入端连接至所述第一阵列组合，第二输入端连接至所述第二阵列组合，输出端连接至所述功分器，用于获取来自所述第一阵列组合的第一中频信号与来自所述第二阵列组合的第二中频信号，并输出一路对应的下行中频信号至所述功分器。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述天线单元还包括：

与所述第一阵列组合连接的第一波束成形电路，用于获取所述第一阵列组合输出的信号，并输出第一下行波束；

连接在所述第一波束成形电路与所述合路器之间的第一下变频电路，用于对所述第一下行波束进行下变频以生成所述第一中频信号；

与所述第二阵列组合连接的第二波束成形电路，用于获取所述第二阵列组合输出的信号，并输出第二下行波束；

连接在所述第二波束成形电路与所述合路器之间的第二下变频电路，用于对所述第二下行波束进行下变频以生成所述第二中频信号。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述天线单元还包括：

连接在所述第一下变频电路与所述合路器之间的第一带通滤波器。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述天线单元还包括：

连接在所述第二下变频电路与所述合路器之间的第二带通滤波器。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述天线单元还包括：

与所述转接模块连接的天线控制模块，用于通过所述转接模块内部的开关实现与对应的所述基带板卡之间的连接通道，并依据当前接入的基带板卡，生成并发送对应的调控信号至所述上行波束成形电路、所述第一波束成形电路、所述第二波束成形电路。

10.根据权利要求1至9任一项所述的系统，其特征在于，各所述基带板卡包括分别使用高轨道卫星系统和低轨道卫星系统的不同基带板卡；

或者，各所述基带板卡包括分别使用L频段、S频段、Ku频段、Ka频段的不同基带板卡。

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