一种多波束相控阵集成系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多波束相控阵集成系统及方法，包括天线阵面、结构热控一体化板、放大组件、波束网络模块、1：N功分器以及供电控制模块，天线阵面包括若干个天线单元，每个天线单元均分别穿过结构热控一体化板与一个放大组件连接，放大组件与波束网络模块正交互联且盲配连接，所述波束网络模块分别与1:N功分器以及供电控制模块正交互联且盲配连接；本发明专利技术的优点在于：采用模块正交互联，无板内垂直互联，系统复杂度降低，性能更优，由于能够进行模块化集成，减小了系统设备量、体积以及重量，同时提高了空间利用率。提高了空间利用率。提高了空间利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种多波束相控阵集成系统及方法


[0001]本专利技术涉及相控阵
，更具体涉及一种多波束相控阵集成系统及方法。

技术介绍

[0002]多波束相控阵天线是目前卫星载荷中最重要的一种天线形式，具有灵活的波束控制能力，波束间独立控制，可同时服务多个用户，也可在不同用户终端之间快速跳变。从国外通信卫星发展来看，最新发射的通信卫星系统多数搭载了一幅或多幅相控阵天线，提高波束的调度灵活能力，与反射面天线形成能力相互补充。随着卫星工作频率逐渐增高，毫米波频段由于其高带宽、小尺寸、轻重量和较好的抗干扰特点，在通信卫星中广泛使用。
[0003]然而多波束相控阵通道规模大，是波束数量和通道数量两个维度的矩阵，即包含“M波束
×
N单元”个通道，特别是毫米波相控阵，尺寸小，阵元数量较多，多波束形成时，波束形成网络内包含大量的通道，以400阵元，8波束为例，需要在有限的空间内实现3200个波束通道，若不进行集成，系统的复杂度、设备量、体积和重量将会非常庞大，几乎不可能在星载平台上使用。
[0004]毫米波两维有源多波束相控阵面临的问题就是在有限的空间内实现高复杂度波束形成网络的系统集成，一个好的集成方案对系统可实现性、装配可操作性、质量可靠性、复杂度以及系统散热等均会带来质的飞跃，因此一个合理的集成化方案是毫米波两维多波束相控阵的核心。
[0005]既然波束形成网络是波束数量和通道数量两个维度的矩阵，可以在通道维度和波束维度集成，将波束形成矩阵划分成若干个“m波束
×
n单元”的子矩阵进行集成。
[0006]随着子矩阵规模的变大，系统设备量、体积、重量、复杂度将会增加。但是并不是集成规模越大越好，过大规模的集成度将会带来以下缺点：子阵的体积过大，影响系统安装空间划分的灵活性和空间利用率；随着规模的增加，子阵内部的功分合成网络越复杂，子阵内部的体积利用下降；规模越大集成难度越大，给设计加工带来困难。
[0007]中国专利申请号CN202010218253.1，公开一种EHF频段相控阵天线，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。该专利申请的天线结构紧凑，TR组件数量可灵活配置，散热效果好，但是其并不涉及多波束相控阵集成，不能解决现有技术多波束相控阵的集成问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术难以集成多波束相控阵，导致系统设备量、体积、重量和复杂度增大以及空间利用率减小的问题。
[0009]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种多波束相控阵集成系统，包括天线阵面、结构热控一体化板、放大组件、波束网络模块、1：N功分器以及供电控制
模块，所述天线阵面包括若干个天线单元，每个天线单元均分别穿过结构热控一体化板与一个放大组件连接，所述放大组件与波束网络模块正交互联且盲配连接，所述波束网络模块分别与1:N功分器以及供电控制模块正交互联且盲配连接。
[0010]本专利技术可扩展性较强，采用独立的功能模块设计，首先在规模上可扩展，从最小32单元，到几千个单元均可采用本专利技术的集成技术进行扩展，而不需要对各有源模块的硬件设计进行改动，同时采用模块正交互联，无板内垂直互联，系统复杂度降低，性能更优，由于能够进行模块化集成，减小了系统设备量、体积以及重量，同时提高了空间利用率。
[0011]进一步地，所述天线单元排列方式为矩形栅格或者三角形栅格，天线单元用于空间无线信号的接收或向空间辐射无线信号。
[0012]进一步地，所述每个天线单元均分别穿过结构热控一体化板与一个放大组件盲配连接。
[0013]进一步地，所述放大组件包括第一放大器、滤波器、第二放大器以及若干第一1：2功分器，第一放大器的输入端作为放大组件的输入端，第一放大器的输出端通过滤波器以及第二放大器与一个第一1：2功分器的输入端连接完成一级级联，该第一1：2功分器的两个输出端分别接一个第一1：2功分器的输入端完成二级级联，所有经K级级联的第一1：2功分器的所有输出端均接一个第一1：2功分器的输入端完成K+1级级联，实现放大组件的多通道输出，其中，K为大于等于1的正整数。
[0014]进一步地，所述波束网络模块包括若干第二1：2功分器、若干第一移相器、若干第一衰减器、若干第二移相器以及若干第二衰减器，所有第二1：2功分器的输入端作为波束网络模块的输入通道，所有第二1：2功分器的第一输出端均连接一个第一移相器，所有第一移相器均单独连接一个第一衰减器，所有第一衰减器的输出端连接到一起作为波束网络模块的一个输出端，所有第二1：2功分器的第二输出端均连接一个第二移相器，所有第二移相器均单独连接一个第二衰减器，所有第二衰减器的输出端连接到一起作为波束网络模块的另一个输出端。
[0015]更进一步地，每R个所述放大组件相互平行的叠放，每S个波束网络模块相互平行的叠放，R个所述放大组件的叠放方向与S个波束网络模块的叠放方向垂直，S个波束网络模块组成的整体与R个所述放大组件组成的整体连接，实现R个所述放大组件与S个波束网络模块的正交互联且盲配连接。
[0016]更进一步地，所述波束网络模块的输入通道为R个，R个所述放大组件中每个放大组件均与波束网络模块的一个输入通道连接。
[0017]更进一步地，所述放大组件的总数为M，所述1:N功分器的总数为所有1:N功分器输出的波束总数为其中，为正整数。
[0018]更进一步地，所述供电控制模块垂直于S个波束网络模块的叠放方向且与所有波束网络模块连接，实现供电控制模块与波束网络模块的正交互联及盲配连接；每个1:N功分器垂直于S个波束网络模块的叠放方向且与所有波束网络模块连接，实现1:N功分器与波束网络模块的正交互联及盲配连接。
[0019]本专利技术还提供一种多波束相控阵集成系统的方法，所述方法包括：若干个天线单
元用于空间无线信号的接收或向空间辐射无线信号，结构热控一体化板作为天线单元和放大组件的安装结构板，同时为放大组件散热，放大组件实现信号的低噪声放大或者功率放大，波束网络模块实现控制码的串并转换和各波束通道的移相衰减控制，1:N功分器接收波束网络模块的信号合成波束，供电控制模块给波束网络模块和放大组件提供电源并实现多波束相控阵的控制码计算和分发，进而控制波束的指向和形状。
[0020]本专利技术的优点在于：
[0021](1)本专利技术可扩展性较强，采用独立的功能模块设计，首先在规模上可扩展，从最小32单元，到几千个单元均可采用本专利技术的集成技术进行扩展，而不需要对各有源模块的硬件设计进行改动，同时采用模块正交互联，无板内垂直互联，系统复杂度降低，性能更优，由于能够进行模块化集成，减小了系统设备量、体积以及重量，同时提高了空间利用率。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多波束相控阵集成系统，其特征在于，包括天线阵面、结构热控一体化板、放大组件、波束网络模块、1：N功分器以及供电控制模块，所述天线阵面包括若干个天线单元，每个天线单元均分别穿过结构热控一体化板与一个放大组件连接，所述放大组件与波束网络模块正交互联且盲配连接，所述波束网络模块分别与1:N功分器以及供电控制模块正交互联且盲配连接。2.根据权利要求1所述的一种多波束相控阵集成系统，其特征在于，所述天线单元排列方式为矩形栅格或者三角形栅格，天线单元用于空间无线信号的接收或向空间辐射无线信号。3.根据权利要求1所述的一种多波束相控阵集成系统，其特征在于，所述每个天线单元均分别穿过结构热控一体化板与一个放大组件盲配连接。4.根据权利要求1所述的一种多波束相控阵集成系统，其特征在于，所述放大组件包括第一放大器、滤波器、第二放大器以及若干第一1：2功分器，第一放大器的输入端作为放大组件的输入端，第一放大器的输出端通过滤波器以及第二放大器与一个第一1：2功分器的输入端连接完成一级级联，该第一1：2功分器的两个输出端分别接一个第一1：2功分器的输入端完成二级级联，所有经K级级联的第一1：2功分器的所有输出端均接一个第一1：2功分器的输入端完成K+1级级联，实现放大组件的多通道输出，其中，K为大于等于1的正整数。5.根据权利要求1所述的一种多波束相控阵集成系统，其特征在于，所述波束网络模块包括若干第二1：2功分器、若干第一移相器、若干第一衰减器、若干第二移相器以及若干第二衰减器，所有第二1：2功分器的输入端作为波束网络模块的输入通道，所有第二1：2功分器的第一输出端均连接一个第一移相器，所有第一移相器均单独连接一个第一衰减器，所有第一衰减器的输出端连接到一起作为波束网络模块的一个输出端，所有第二1：2功分器的第二输出端均连接一个第二移相器，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑞荣，龙永刚，王烁，李景峰，吴贻伟，潘永强，彭维，许春停，王笃文，刘金梅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：