一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的技術領域涵蓋了毫米波電子信息領域，包括雷達、通信、對抗、遙感遙測等，具體為一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線。本發明還特別適用于衛星通信領域，為了實現低剖面的天線終端的裝機需求，實現衛星與地面終端的隱蔽通信，可在裝機平臺上具備快速、共形等設計，為衛星通信終端提供超低剖面相控陣天線系統。
【背景技術】
[0002]在毫米波相控陣天線領域，由于天線陣列需要進行大角度的掃描，導致天線單元的間距非常小，通常只有半個工作波長，特別是毫米波的波長較短，因此對后端的射頻器件尺寸的排布造成了極大的困難。傳統的毫米波天線陣面的形式為磚塊式，在天線系統的縱向上延伸較長，不利于天線的低剖面設計。
[0003]為了實現天線的低剖面，一般采用以下幾種方式:
[0004]1)對射頻組件采用LTCC工藝，將天線與射頻器件一體化設計，這種技術較為先進，但其成品較低，其工藝相對復雜，成本較高；
[0005]2)采用數字多波束體制的相控陣天線，這種天線系統可以將射頻部分的功能進行壓縮，將部分功能向天線的后端處理模塊進行延伸，這樣也能有效的降低天線射頻前端的尺寸。但是數字多波束的成本以及后端的設備量相對復雜，成本較高。
[0006]針對以上技術在某些方面的技術缺陷，本發明基于射頻電路的集成設計、多功能芯片的應用以及多層微波板的使用等相對成熟的工藝，來實現毫米波相控陣天線的低剖面設計，所設計的天線系統具有模塊化的理念，通過對有源子陣進行設計，可在平面后者曲面上擴展，既具有低剖面又具有較高的集成度，且成本與現有的水平相當，技術成熟度高。該發明所設計的天線在進行衛星通信時，可以方便的實現裝機要求，并能根據實際需要，對后端的模塊進行多波束技術延伸，具有技術可實現性和可變性。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于避免傳統天線剖面高或者工藝復雜的限制，突破低剖面可擴展相控陣天線的設計能力，提供一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線系統，該系統具有剖面低、可自由拼陣，波束形成靈活等優點，具有很高的工程應用前景。
[0008]本發明所采用的技術方案為:
[0009]—種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，包括N個模擬有源子陣2，N為自然數，其特征在于:所述的模擬有源子陣2包括多個低剖面微帶天線單元6、低剖面熱控板7、多個片式多通道收發組件9和多層微波電路板10 ;片式多通道收發組件9的上表面設置有絕緣子插針8，絕緣子插針8穿過低剖面熱控板7上的過孔與低剖面微帶天線單元6的下表面相連接，片式多通道收發組件9的下表面與多層微波電路板10的上表面相連接；低剖面熱控板7的上表面與低剖面微帶天線單元6之間為絕緣設置，絕緣子插針8與低剖面熱控板7上的過孔之間為絕緣設置。
[0010]其中，在多層微波電路板10的上表面設置有天線腔體骨架結構11，片式多通道收發組件9設置在天線腔體骨架結構11的腔體內。
[0011]其中，在多層微波電路板10的下表面設置有底部蓋板12。
[0012]其中，所述的N個模擬有源子陣2的排布方式為平面排布、多面陣或者共形陣。
[0013]其中，天線腔體骨架結構11的腔體為多個且與多個片式多通道收發組件9一一對應設置。
[0014]其中，所述的模擬有源子陣2中多層微波電路板10集成了射頻電路、微波數字板以及信息處理芯片，與片式多通道收發組件9之間通過軟性電路板進行供電、控制信號的連接。
[0015]其中，所述的模擬有源子陣2與外部的接口有兩個:射頻接口 3和綜合控制與供電接口 4。
[0016]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:
[0017]1、本發明中，利用有源子陣的模塊化設計，可實現大型毫米波相控陣天線的自由組陣，既可以實現平面組陣，又可以實現共形或者多面陣組陣，提高天線陣面的空間利用率。
[0018]2、本發明中，利用有源子陣模塊內部多射頻通道的集成設計，減小了所占有的縱向空間，可實現射頻電路的平面化設計，改變了傳統磚塊式射頻電路的設計理念。
[0019]3、本發明中，利用有源子陣模塊低剖面設計，可實現大陣面的低剖面化，提高了天線系統的裝機適應性。
[0020]4、、本發明中，采用低剖面熱控板，其其內部布有熱管或者均熱材料，將收發射頻器件貼覆于其表面，即可大大降低整機高度，又有利于系統散熱。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的有源子陣模塊組陣示意圖。
[0022]圖2是本發明的有源子陣模塊正視圖。
[0023]圖3是本發明的有源子陣模塊斜視圖。
[0024]圖4是本發明的有源子陣模塊側視圖。
[0025]圖5是本發明的有源子陣模塊內部剖分圖。
【具體實施方式】
[0026]下面，結合圖1-圖5對本發明做進一步說明。
[0027]在一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線1中，如圖1所示，為一種由多個由有源子陣模塊按照一定的規則排布而成，N為自然數，排布方式不限于平面，也可以為多面陣或者共形排布。其中模擬有源子陣2自身具備獨立的天線功能，并具有可擴展排布的特點，可按照系統的要求選擇模擬有源子陣2的進行組陣。整個蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線具有超低的剖面。
[0028]在一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線1中，如圖2、圖3和圖4所示，模擬有源子陣2為蒙皮結構，具有超低剖面的特點，其與外部的接口有兩個:射頻接口 3和綜合控制與供電接口 4 ；
[0029]在一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線1中，如圖5所示，模擬有源子陣2，包括低剖面的微帶天線單元6、天線固定框架5，低剖面熱控板7，片式多通道收發組件9，多層微波電路板10，天線腔體骨架結構11，以及底部蓋板12等。其中，低剖面的微帶天線單元6與片式多通道收發組件9通過一一對應的絕緣子插針8連接。絕緣子插針8穿過低剖面熱控板7的過孔。片式多通道收發組件9集成了多個接收和發射射頻電路，形成一個獨立的功能模塊。多層微波電路板10集成了射頻電路、微波數字板以及信息處理芯片，與片式多通道收發組件9之間通過軟性電路板進行供電、控制等信號的連接。天線腔體骨架結構11按照片式多通道收發組件9的尺寸進行分腔，并對片式多通道收發組件9、多層微波電路板10等部件起到支撐作用。
[0030]工作原理
[0031]該發明所述的天線既可以用于衛星通信，也可以用作其他涉及到相控陣天線的電子信息系統。該天線既可以設計成收發分開又可以設計成收發共用。以衛星通信系統為例，在初始工作時，與該天線相連接的衛星通信終端模塊根據載體所處的位置、平臺姿態、以及衛星的位置等信息，計算出天線的波束指向角。
[0032]當天線接收信號時，天線陣列將衛星信號通過天線輻射單元接收，首先進行子陣級信號合成，并送入射頻通道，在射頻通道中，阻發濾波器將接收的信號進行限幅與濾波調整，以免使得發射信號對接收通道有所影響，而后經過低噪放進行信號放大，放大后的信號根據波束控制器的指令變換到合適的相位、幅度值進行合成，最后變頻后的信號輸出給衛星通信接收設備和跟蹤接收機進行跟蹤。
[0033]信號發射時，天線波束控制單元控制移相器調整天線陣列的波束指向，保證天線的發射波束在運動狀態下始終對準衛星。激勵信號首先進入子陣內部功分網絡，分別進入各個發射通道，把調整好相位、幅度值的信號輸出給放大器，進行信號放大，經由天線單元將信號輻射出去，發送給衛星。
【主權項】
1.一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，包括N個模擬有源子陣(2)，N為自然數，其特征在于:所述的模擬有源子陣(2)包括多個低剖面微帶天線單元(6)、低剖面熱控板(7)、多個片式多通道收發組件(9)和多層微波電路板(10);片式多通道收發組件(9)的上表面設置有絕緣子插針(8)，絕緣子插針(8)穿過低剖面熱控板(7)上的過孔與低剖面微帶天線單元(6)的下表面相連接，片式多通道收發組件(9)的下表面與多層微波電路板(10)的上表面相連接；低剖面熱控板(7)的上表面與低剖面微帶天線單元(6)之間為絕緣設置，絕緣子插針⑶與低剖面熱控板(7)上的過孔之間為絕緣設置。2.根據權利要求1所述的一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，其特征在于:在多層微波電路板(10)的上表面設置有天線腔體骨架結構(11)，片式多通道收發組件(9)設置在天線腔體骨架結構(11)的腔體內。3.根據權利要求1所述的一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，其特征在于:在多層微波電路板(10)的下表面設置有底部蓋板(12)。4.根據權利要求1或2所述的一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，其特征在于:所述的N個模擬有源子陣(2)的排布方式為平面排布、多面陣或者共形陣。5.根據權利要求4所述的一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，其特征在于:天線腔體骨架結構(11)的腔體為多個且與多個片式多通道收發組件(9) 一一對應設置。6.根據權利要求1所述的一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，其特征在于:所述的模擬有源子陣(2)中多層微波電路板(10)集成了射頻電路、微波數字板以及信息處理芯片，與片式多通道收發組件(9)之間通過軟性電路板進行供電、控制信號的連接。7.根據權利要求1所述的一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，其特征在于:所述的模擬有源子陣⑵與外部的接口有兩個:射頻接口⑶和綜合控制與供電接口(4)。
【專利摘要】本發明公開了一種蒙皮式毫米波衛星通信相控陣天線，采用有源子陣模塊化設計理念，將多個模塊進行平面或者非平面組陣，形成具有超低剖面的大型毫米波衛星通信用相控陣天線陣面。基于射頻電路的集成設計、多功能芯片的應用以及多層微波板的使用等相對成熟的工藝，來實現毫米波相控陣天線的低剖面設計。所設計的天線系統既具有低剖面又具有較高的集成度，且成本與現有的水平相當，技術成熟度高。該發明所設計的天線在進行衛星通信時，可以方便的實現裝機要求，并能根據實際需要，對后端的模塊進行多波束技術延伸，具有技術可實現性和可變性。
【IPC分類】H01Q1/50, H01Q21/00, H01Q13/08
【公開號】CN105305075
【申請號】CN201510817913
【發明人】韓國棟, 王煥菊, 高沖, 張宙, 張領飛, 肖松, 陳斌
【申請人】中國電子科技集團公司第五十四研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月23日