[发明专利]一种多波束相控阵集成系统及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及相控阵技术领域，更具体涉及一种多波束相控阵集成系统及方法。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明可扩展性较强，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发明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。