CN218415025U - 一种x波段天馈系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了天馈系统技术领域的一种X波段天馈系统，包括：天线罩组件，所述天线罩组件包括中空的天线罩；底座组件，所述底座组件包括设置在所述天线罩开口处的底座；安装盒组件，所述安装盒组件包括设置在所述天线罩内腔的安装盒；TR组件，所述TR组件呈十字状设置在所述安装盒的内腔；天线阵面，所述天线阵面呈十字状设置在所述安装盒外侧四个面上，所述天线阵面与所述TR组件电性连接，本实用新型接收相控阵信号源输入的X波段射频信号，接收相控阵系统的波控信号，通过T/R组件进行幅度/相位控制进而控制天线波束指向，通过天线辐射阵列辐射和接收X波段信号，并将接收到的X波段信号输出至相控阵接收机。

Description

一种X波段天馈系统

技术领域

本实用新型涉及天馈系统技术领域，具体为一种X波段天馈系统。

背景技术

天馈，天馈系统的简称，天馈系统是指天线向周围空间辐射电磁波。电磁波由电场和磁场构成。人们规定：电场的方向就是天线极化方向。一般使用的天线为单极化的。

现有的天馈系统在对X波段射频信号进行传播时，只能沿着既定方向进行传播，无法控制天线波束的指向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种X波段天馈系统，以解决上述背景技术中提出的现有的天馈系统在对X波段射频信号进行传播时，只能沿着既定方向进行传播，无法控制天线波束的指向的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种X波段天馈系统，包括：

天线罩组件，所述天线罩组件包括中空的天线罩；

底座组件，所述底座组件包括设置在所述天线罩开口处的底座；

安装盒组件，所述安装盒组件包括设置在所述天线罩内腔的安装盒；

TR组件，所述TR组件呈十字状设置在所述安装盒的内腔；

天线阵面，所述天线阵面呈十字状设置在所述安装盒外侧四个面上，所述天线阵面与所述TR组件电性连接。

优选的，所述天线罩组件还包括设置在所述天线罩外侧壁上临近开口处的第一安装块。

优选的，所述底座组件还包括底座上远离所述天线罩一侧的第二安装块，设置在所述底座外侧壁上的电源接口和射频接口。

优选的，所述底座的内腔安装有电源，所述电源与所述电源接口电性连接。

优选的，所述安装盒组件包括呈十字开设在所述安装盒外侧壁上并与所述安装盒内腔相贯通的安装槽。

优选的，所述TR组件的外侧相对称安装有安装支架，所述安装支架为L形安装支架。

优选的，所述天线阵面包括安装在所述安装槽内侧的安装板以及均匀设置在所述安装板顶部的贴片天线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该种X波段天馈系统，接收相控阵信号源输入的X波段射频信号，接收相控阵系统的波控信号，通过T/R组件进行幅度/相位控制进而控制天线波束指向，通过天线辐射阵列辐射和接收X波段信号，并将接收到的X波段信号输出至相控阵接收机。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型爆炸示意图；

图3为本实用新型天线罩组件结构示意图；

图4为本实用新型底座组件结构示意图；

图5为本实用新型安装盒组件结构示意图；

图6为本实用新型TR组件结构示意图；

图7为本实用新型天线阵面结构示意图。

图中：100天线罩组件、110天线罩、120第一安装块、200底座组件、210底座、220第二安装块、230电源接口、240射频接口、300安装盒组件、310安装盒、320安装槽、400TR组件、410安装支架、500天线阵面、510安装板、520贴片天线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种X波段天馈系统，接收相控阵信号源输入的X波段射频信号，接收相控阵系统的波控信号，通过T/R组件进行幅度/相位控制进而控制天线波束指向，通过天线辐射阵列辐射和接收X波段信号，并将接收到的X波段信号输出至相控阵接收机，请参阅图1，包括：天线罩组件100、底座组件200、安装盒组件300、TR组件400和天线阵面500；

请参阅图1-3，天线罩组件100包括中空的天线罩110，天线罩组件100还包括设置在天线罩110外侧壁上临近开口处的第一安装块120，120上远离110的一侧开设有第一螺纹孔，第一螺纹孔贯穿120上临近110的一侧；

请参阅图1-4，底座组件200包括设置在天线罩110开口处的底座210，底座组件200还包括底座210上远离天线罩110一侧的第二安装块220，设置在底座210外侧壁上的电源接口230和射频接口240，底座210的内腔安装有电源，电源与电源接口230电性连接，210上临近120一侧开设有与120上的第一螺纹孔相对应的第二螺纹孔，210上远离220的一侧与120上远离110的一侧接触，通过螺栓将210固定在120上，电源为可充电电源，通过230对电源进行充电，通过电源对本装置提供电力支持；

请参阅图1-3和图5，安装盒组件300包括设置在天线罩110内腔的安装盒310，安装盒组件300包括呈十字开设在安装盒310外侧壁上并与安装盒310内腔相贯通的安装槽320，310安装在110的内腔；

请参阅图1-2和图6，TR组件400呈十字状设置在安装盒310的内腔，TR组件400的外侧相对称安装有安装支架410，安装支架410为L形安装支架，400通过410固定安装在310的内腔，400与320相对应，两个410之间固定安装有四个400；

请参阅图1-7，天线阵面500呈十字状设置在安装盒310外侧四个面上，天线阵面500与TR组件400电性连接，天线阵面500包括安装在安装槽320内侧的安装板510以及均匀设置在安装板510顶部的贴片天线520，520通过510固定安装在310上的320内侧，520与400电性连接；

天线阵为四面阵形式，每一个阵面完成方位±45°扫描，通过开关切换控制四个面阵完成方位360°扫描。

天线单元采用微带贴片形式。由于天线单元数目较少，为了达到较高的增益，选取高增益的微带贴片单元。根据总体技术及尺寸要求，天线阵面轴向增益达到17dBi，最大方位扫描角增益优于14dBi。

采用成熟的货架T/R组件，加上开关矩阵(实现4个阵面切换)，功率分配/合成器以及双向放大器(功率调节)构成天馈系统，详见详细设计部分。

天线波控是天线控制的中心，主要完成波控开机的BIT自检、阵面状态初始化、与主控制计算机的串行通信、阵面波控码的计算与控制、接收系统定时信号完成阵面状态的切换、天线阵面遥测信息的收集与回传。

天馈总体外形呈多边形结构，在周向360度范围内均匀对称分布四个天线阵面，每个天线阵面为16单元，阵面TR采用四通道砖式结构，采用射频连接器与阵面连接器实现互联。TR末端安装有四合一功分器，功分器一端与一组(4个TR)通过kk连接器互联，另一端射频接头通过射频线缆与安装在天馈盒体底部的开关矩阵实现连接，另外三个方向TR组件连接同理。开关矩阵将射频信号合成一路通过底部开有的圆孔与安装在盒体底部的底座互通，底座可安装电源板、对外接口等器件。为便于后续对天馈加装天线罩，将底座外延尺寸扩大为274×274mm，便于天线罩在此平面上通过螺钉进行安装。天馈盒体对外开口处均开有密封槽，便于后续安装O型圈进行密封。

EIRP、G/T指标作为系统综合指标要求，是由系统内天线单元、收发单元等分系统性能推算的。因此要根据系统尺寸、单元数以及具体器件等因素进行综合考虑，具体分配个单元技术指标。

EIPR值由天线增益和T/R组件发射功率值确定。

根据指标要求天线轴向辐射时EIPR值≥24dBW，输出功率P-1为27dBm(即-3dBW)，每面共16个通道，计算EIPR为：26dBW＝15(天线增益)+(-3)(单通道输出功率)+10lg16(通道数)，因此要求天线增益≥15dB。

天线方位扫描至45°：天线增益下降3dB，计算EIRP＝21dBW；

天线方位扫描至45°，俯仰扫描至50°：天线增益下降3dB，计算EIRP＝21dBW。

G/T值由天线增益和系统噪声温度决定：系统噪声温度由系统损耗和TR组件噪声系数估算，当TR组件的噪声系数3.5dB时，系统噪声系数约为3.7dB，换算其噪声温度为400K。

天线轴向辐射：G/T＝G(dB)-10logT(K)≥-9.2dB/K，因此要求天线增益≥16.8dB。

天线方位扫描至45°：天线增益下降3dB，计算G/T优于-12.2dB/K的指标要求。

天线方位扫描至45°，俯仰扫描到50°：天线增益下降3dB，计算G/T优于-12.2dB/K的指标要求。

天馈系统的功耗分配如下表所示。

表1天馈系统各分部件功耗分配

天线阵四面阵形式，包含4个平面阵，共同覆盖360°方位角。完成微波信号的辐射和接收，通过相控完成水平360°扫描，俯仰±50°扫描。天线阵四面阵形式，每一个阵面完成方位±45°扫描，四面阵共同完成方位360°扫描。由于天线单元数目较少，为了达到较高的增益，天线单元采用低剖面、小尺寸、易加工的微带贴片天线。为了拓展天线带宽，微带基板采用厚度较大的介质材料，天线单元馈电采用同轴背馈形式。天线单元端口回波损耗10dB频带为7.75GHz-8.65GHz满足系统带宽要求，天线单元增益达到7.4dBi。

轴向时，4×4阵列，增益为18dBi，比理论值7.4dBi+12dB(阵列增益)低1.4dB，这是由于阵列间距受TR端口间距18.2mm限制所致。考虑TR接头损耗等附加损耗，按轴向增益17dBi估算。

方位角扫描至45°时，与轴向相比，增益下降2.8dBi，按增益下降3dBi估算。

当方位角扫描至45°，俯仰角扫描至50°时，天线主瓣最大增益为15.6dBi，比轴向增益下降2.4dBi，按增益下降3dBi估算。

综合考虑，设计天线阵面尺寸100mm*100mm，为保持与TR组件间距一致，天线单元间距按照方位18.2mm、俯仰20mm来设计，轴向增益≥17dB，可实现方位±45°、俯仰±50°扫描要求。

天馈系统的主要功能是将相控阵系统发射机输出的X波段微波信号，经过开关矩阵切换到相应的阵面馈电链路，再由功率分配器分配到各T/R通道，通过T/R组件的幅/相调整馈送到天线阵元端口，形成所需波束，集合端输入功率：0～1dBm；天线端口(天线单元)最大输出功率(P-1，out)：27dBm；收噪声系数：3.5dB。根据总体指标要求，考虑到器件的成熟度及性价比，单通道采用线性输出功率28dBm左右(饱和功率30dBm)的X波段多功能收发芯片。每面阵列排布4×4个通道，使用4套TR组件，共16个通道。由于系统由4个面阵组成，共采用16套TR组件，共64个通道。每个阵面的四套T/R采用1个四功分器合成，四个阵面采用开关矩阵进行切换，并采用一个双向放大器调节收发系统增益。

该T/R组件包括四个相同的T/R通道、一分四功合器、电源控制共三个部分组成。功分电路：实现1路信号到4路的相互转换。T/R通道：完成射频收发功能，且有相位调整和幅度调节功能，其原理框图如图中所示：通道中包含收发多功能器件和幅相控制多功能器件。电源控制：为四个T/R通道提供调制电源以及为衰减态、移相态配码。采用传统威尔金森功分器微带实现一分四功能。采用一分四开关，实现4个通道的选择切换。本方案采用两个单刀双掷开关并联实现单刀四掷功能。

为满足系统集合口输入功率要求，以及开关矩阵及功放电路的损耗影响，需要在集合口公共支路上增加驱动放大器，来实现增益补偿。为减少电路的复杂性，采用双向放大器同时实现收、发支路的增益补偿。本方案采用选用货架GaAsMMIC芯片，工作频段6～18GHz，增益20dB、饱和输出功率20dBm，噪声系数6dB，满足系统要求。天线波控是天线控制的中心，主要完成波控主机开机的BIT自检、阵面状态初始化、与主控制计算机的串行通信、阵面波控码的计算与控制、接收系统定时信号完成阵面状态的切换、天线阵面遥测信息的收集与回传。

波控系统的硬件平台为基于FPGA实现，查表或计算均可。

天线波控与控制端的软硬件接口，在满足系统功能、性能的前提下，波控与TR组件的接口可由天线分系统自行制定。

控制端与波控之间的通信为全双工通信，控制端向波控发送控制指令，波控向控制端回送阵面遥测信息。

指令中主要传送当前工作模式、天线二维波束角度信息、天线载体天线姿态信息等，除此之外指令格式还包括帧头帧尾，以及校验和。

波控控制指令在波束建立脉冲之前发送。

数据格式为：低字节在前，高字节在后；低位在前，高位在后。

波控控制回送指令反馈给主控接收波控控制指令的正确性。

数据格式为：低字节在前，高字节在后；低位在前，高位在后。

波控周期回送遥测参数，包括波控和天线系统的温度等状态参数。

数据格式为：低字节在前，高字节在后；低位在前，高位在后。由系统传来的位置等信息结算波束角，解算算法在系统传递数据明确后给出。

结构设计总目标：实现相控阵天馈360°全方位连续扫描。天馈留有两个外部接口：一个射频接口、一个电源接口，总体重量要求≤6.5Kg，尺寸限制在280×280×305(mm)以内。

为满足总体结构及可靠性要求，将机载天馈分成上下两部分组成，分别为天馈箱体组件、底座组件，两者通过螺钉紧固方式螺装。

天馈总体外形呈多边形结构，在周向360°范围内均匀对称分布有四个天线阵面，每个天线阵面有4×4(16)个天线单元，天馈TR采用四通道砖式结构，阵面单元通过射频连接器与TR实现互联，TR末端安装有四合一功分器，功分器一端与一组(4个TR)通过KK连接器盲插实现互联，功分器另一端通过射频线缆与安装在天馈合体底部的开关矩阵实现信号传输。另外三个方向TR组件连接同理。开关矩阵将射频信号合成一路信号通过底部预留的圆孔与安装在合体底座中的射频接口实现连接。底座环视电源模块、射频接口、电源接口、天馈箱体的安装基体。为便于后续总体部门对天馈加装天线罩，将底座外延尺寸扩大至274×274mm，最终尺寸为274×274×195mm，总重量≤6kg。

为验证天馈系统的强度，对结构进行了仿真验证。

天馈系统总体有框体、TR组件、功分等组成，其中TR组件是核心部分，TR组件位置精度能否保证对系统的连接起到决定性作用。因此对TR组件固定框架进行了分析和随机振动仿真验证。

虽然在上文中已经参考实施例对本实用新型进行了描述，然而在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本实用新型所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种X波段天馈系统，其特征在于：包括：

天线罩组件(100)，所述天线罩组件(100)包括中空的天线罩(110)；

底座组件(200)，所述底座组件(200)包括设置在所述天线罩(110)开口处的底座(210)；

安装盒组件(300)，所述安装盒组件(300)包括设置在所述天线罩(110)内腔的安装盒(310)；

TR组件(400)，所述TR组件(400)呈十字状设置在所述安装盒(310)的内腔；

天线阵面(500)，所述天线阵面(500)呈十字状设置在所述安装盒(310)外侧四个面上，所述天线阵面(500)与所述TR组件(400)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种X波段天馈系统，其特征在于：所述天线罩组件(100)还包括设置在所述天线罩(110)外侧壁上临近开口处的第一安装块(120)。

3.根据权利要求2所述的一种X波段天馈系统，其特征在于：所述底座组件(200)还包括底座(210)上远离所述天线罩(110)一侧的第二安装块(220)，设置在所述底座(210)外侧壁上的电源接口(230)和射频接口(240)。

4.根据权利要求3所述的一种X波段天馈系统，其特征在于：所述底座(210)的内腔安装有电源，所述电源与所述电源接口(230)电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种X波段天馈系统，其特征在于：所述安装盒组件(300)包括呈十字开设在所述安装盒(310)外侧壁上并与所述安装盒(310)内腔相贯通的安装槽(320)。

6.根据权利要求5所述的一种X波段天馈系统，其特征在于：所述TR组件(400)的外侧相对称安装有安装支架(410)，所述安装支架(410)为L形安装支架。

7.根据权利要求6所述的一种X波段天馈系统，其特征在于：所述天线阵面(500)包括安装在所述安装槽(320)内侧的安装板(510)以及均匀设置在所述安装板(510)顶部的贴片天线(520)。

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