CN115296044B - 一种多波束相控阵天线*** - Google Patents
一种多波束相控阵天线*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN115296044B CN115296044B CN202210789141.0A CN202210789141A CN115296044B CN 115296044 B CN115296044 B CN 115296044B CN 202210789141 A CN202210789141 A CN 202210789141A CN 115296044 B CN115296044 B CN 115296044B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- network
- channels
- beam forming
- multifunctional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 32
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
- H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
- H01Q1/285—Aircraft wire antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
- H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
- H01Q1/288—Satellite antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/2682—Time delay steered arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多波束相控阵天线***，包括多个可扩展天线子***，每个可扩展天线子***为低剖面双层结构，上层为天线辐射阵面(1)，下层为多波束综合馈电网络(2)，两层之间通过垂直互联技术实现射频信号互通；多波束综合馈电网络(2)包括多功能有源波束形成网络(21)、多波束合成网络(22)和多通道时延组件(23)；多个多功能有源波束形成网络(21)的输出端口通过级联多波束合成网络(22)形成L波束通道，多通道时延组件(23)输出L个子***级的波束信号；本发明的优点在于：集成度更高，尺寸小，适合空间尺寸受限、装载平台特殊以及大口径、多功能通信雷达***的应用。
Description
技术领域
本发明涉及多波束相控阵天线技术领域，更具体涉及一种多波束相控阵天线***。
背景技术
多波束相控阵天线同时具备广域覆盖和高增益特点，可在整个感兴趣区域范围内进行高增益多波束智能覆盖与多波束灵活调度，使***具有快速的随机接入与服务能力，近年来成为卫星通信和地面测控领域的研究热点。目前，多波束相控阵天线的阵列架构设计分为两类：砖式架构和瓦式架构。砖式架构设计采用元器件放置方向垂直相控阵天线阵面孔径，结构上纵向集成横向组装，且各功能块独立设计，带来尺寸偏大，重量偏重且采用单片设计，集成度较低，成本较高。
随着轻量化、模块化设计思想在相控阵天线领域中的逐步深入，传统的砖块式相控阵设计思想已不能满足应用市场的需求。电子技术的进步使规模较小、集成度较高、重量轻的瓦片式天线逐步进入应用市场，并备受用户和设计人员的关注。瓦片式相控阵将元器件放置方向平行于天线阵面孔径，结构上横向集成，纵向组装，采用功能分层设计，平行放置。在重量、尺寸、集成度和成本方面较砖式有较大的优势。
然而，传统的瓦片式多波束相控阵天线一般在总体上采用单元级架构，例如中国专利申请号CN202111284269.3，公开的Q/V频段低轨卫星瓦片式相控阵接收标准子阵，天线成本高、集成复杂度高、工艺要求高、成品率低、造价高。瓦式集成虽然降低了纵向尺寸，但横向尺寸仍比较大，使得高频大带宽大角度扫描多波束相控阵集成进入瓶颈，难以在尺寸空间受限、装载平台特殊以及大口径、多功能通信雷达***应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术瓦片式多波束相控阵天线横向尺寸仍比较大，难以在尺寸空间受限、装载平台特殊以及大口径、多功能通信雷达***应用。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种多波束相控阵天线***，包括多个可扩展天线子***，每个可扩展天线子***为低剖面双层结构，上层为天线辐射阵面(1)，下层为多波束综合馈电网络(2)，两层之间通过垂直互联技术实现射频信号互通；所述天线辐射阵面(1)包括多个天线子阵(11)，每个子阵(11)包括多个天线单元(111)单元间距不超过λ/2，多波束综合馈电网络(2)包括多功能有源波束形成网络(21)、多波束合成网络(22)和多通道时延组件(23)；每个天线单元(111)均与多功能有源波束形成网络(21)连接，多个多功能有源波束形成网络(21)的输出端口通过级联多波束合成网络(22)形成L波束通道，L波束通道连接1个所述多通道时延组件(23)的对应输入端口，多通道时延组件(23)输出L个子***级的波束信号，每个天线辐射阵面(1)输出的L个子***级的波束信号后端再通过级联若干个多波束合成网络(22)形成L个***级的波束信号，L为所需要形成的多波束数量，L≥2。
本发明可扩展天线子***采用双层叠合结构，上层为天线辐射阵面(1)，下层为多波束综合馈电网络(2)，两层之间通过垂直互联技术实现射频信号互通，将多功能有源波束形成网络(21)、多波束合成网络(22)和多通道时延组件(23)等模块封装集成在同一层基板，相比较传统的多层瓦片式相控阵天线，具有集成度更高、剖面更低、重量更轻以及模块化、易扩充、易共形等优点，因而非常适合空间尺寸受限、装载平台特殊以及大口径、多功能通信雷达***的应用，例如机载和星载平台的天线***等。
进一步地，所述天线辐射阵面(1)由M个天线子阵(11)均匀矩形排列布局，每个子阵(11)包括N个天线单元(111)；多功能有源波束形成网络(21)包括N个可变极化放大接收芯片(211)和1个多功能波束形成芯片(212)，可变极化放大接收芯片(211)包括2个前端低噪放(2111)、1个90度电桥(2112)、1个2入L出开关矩阵(2113)，多功能波束形成芯片(212)包括N*L个移相衰减通道(2121)和对应的N*L入L出的波束合成网络(2122)；其中，N≥2、M≥2；
每个天线单元(111)两个馈电端口分别与两个前端低噪放(2111)的输入口连接，每两个前端低噪放(2111)的输出端口与一个90度电桥(2112)的两个输入端口连接，90度电桥(2112)的两个输出端口通过一个2入L出开关矩阵(2113)与L个移相衰减通道(2121)相接，每个多功能有源波束形成网络(21)对应的N*L个移相衰减通道(2121)输出端口分别连接N*L入L出的波束合成网络(2122)；多波束合成网络(22)为4L入L出，M个多功能有源波束形成网络(21)对应的波束合成网络(2122)对应的M*L个输出端口通过级联多波束合成网络(22)形成L波束通道，L波束通道连接1个所述多通道时延组件(23)的对应输入端口，多通道时延组件(23)包括L个放大时延通道，输出L个子***级的波束信号。
进一步地，所述多功能有源波束形成网络(21)、多波束合成网络(22)和多通道时延组件(23)分布在同一层微波介质基板上进行三维异构封装。
进一步地，所述多通道时延组件(23)包括两级功放(231)和一个4位的时延器(232)，所述时延器(232)连接在两级功放(231)之间。
更进一步地，所述天线辐射阵面(1)由4个天线子阵(11)均匀矩形排列布局，每个子阵(11)包括4个天线单元(111)；多功能有源波束形成网络(21)包括4个硅基工艺的可变极化放大接收芯片(211)和1个多功能波束形成芯片(212)，可变极化放大接收芯片(211)包括2个前端低噪放(2111)、1个90度电桥(2112)、1个2入8出开关矩阵(2113)，多功能波束形成芯片(212)包括32个移相衰减通道(2121)和对应的32入8出的波束合成网络(2122)；
每个天线单元(111)两个馈电端口分别与两个前端低噪放(2111)的输入口连接，每两个前端低噪放(2111)的输出端口与一个90度电桥(2112)的两个输入端口连接，90度电桥(2112)的两个输出端口通过一个2入8出开关矩阵(2113)与8个移相衰减通道(2121)相接，每个多功能有源波束形成网络(21)对应的32个移相衰减通道(2121)输出端口分别连接32入8出的波束合成网络(2122)；多波束合成网络(22)为32入8出，4个多功能有源波束形成网络(21)对应的波束合成网络(2122)对应的32个输出端口通过级联多波束合成网络(22)形成8波束通道，8波束通道连接1个所述多通道时延组件(23)的对应输入端口，多通道时延组件(23)包括8个放大时延通道，输出8个子***级的波束信号。
更进一步地，***由16×16个可扩展天线子***拼接构建。
更进一步地，***工作的中心频点为10GHz，瞬时信号带宽为400MHz，扫描角度为两维±45°。
进一步地，所述天线辐射阵面(1)由16个天线子阵(11)均匀矩形排列布局，每个子阵(11)包括4个天线单元(111)；多功能有源波束形成网络(21)包括4个可变极化放大接收芯片(211)和1个多功能波束形成芯片(212)，可变极化放大接收芯片(211)包括2个前端低噪放(2111)、1个90度电桥(2112)、1个2入4出开关矩阵(2113)，多功能波束形成芯片(212)包括16个移相衰减通道(2121)和对应的16入4出的波束合成网络(2122)；
每个天线单元(111)两个馈电端口分别与两个前端低噪放(2111)的输入口连接，每两个前端低噪放(2111)的输出端口与一个90度电桥(2112)的两个输入端口连接，90度电桥(2112)的两个输出端口通过一个2入4出开关矩阵(2113)与4个移相衰减通道(2121)相接，每个多功能有源波束形成网络(21)对应的16个移相衰减通道(2121)输出端口分别连接16入4出的波束合成网络(2122)；多波束合成网络(22)为16入4出，16个多功能有源波束形成网络(21)对应的波束合成网络(2122)对应的64个输出端口通过级联多波束合成网络(22)形成4波束通道，4波束通道连接1个所述多通道时延组件(23)的对应输入端口，多通道时延组件(23)包括4个放大时延通道，输出4个子***级的波束信号。
更进一步地，***由64×64个可扩展天线子***拼接构建。
更进一步地，***工作的中心频点为29GHz，瞬时信号带宽为800MHz，扫描角度为两维±20°。
本发明的优点在于：
(1)本发明的可扩展天线子***采用双层叠合结构，上层为天线辐射阵面(1)，下层为多波束综合馈电网络(2)，两层之间通过垂直互联技术实现射频信号互通，将多功能有源波束形成网络(21)、多波束合成网络(22)和多通道时延组件(23)等模块封装集成在同一层基板，相比较传统的多层瓦片式相控阵天线，具有集成度更高、剖面更低、重量更轻以及模块化、易扩充、易共形等优点，因而非常适合空间尺寸受限、装载平台特殊以及大口径、多功能通信雷达***的应用，例如机载和星载平台的天线***等。
(2)本发明通过在多功能有源波束形成网络前端设置可变极化放大接收芯片，实现天线***左右旋极化可重构，突破传统多波束相控阵固定极化的通信体制限制，增加多波束相控阵***的波束调控灵活性和智能性，提高***面对突发应急场景的适应性。
(3)本发明采用子阵集成技术，相比较单元级相控阵，几何倍数地缩减了通道数量，降低了通道总成本；引入大量基于硅基工艺的多功能波束形成芯片，相比较传统基于GaAs、GaN工艺的芯片，极大地降低多波束形成网络中芯片的制造成本；采用多级多通道时延架构也即多通道时延组件(23)，相比单级时延架构，单个时延器的延时补偿位数减少，插损和热耗降低，占用面积和设计加工难度降低，器件单价大幅度降低。综上，采用本发明架构天线总造价能够大幅减少，易于实现低成本。
(4)本发明采用超高密度多波束网络封装技术，为紧凑的天线子阵布局提供框架基础，上层的天线辐射子阵采用低剖面小型化天线单元，单元间距不超过λ/2，天线大角度扫描时栅瓣被抑制，扫描增益损失特别是极限角度扫描增益损失将大大降低。
(5)本发明采用可拓展时延架构，满足大规模组阵时的瞬时宽带信号带宽的要求，同时降低了***功耗，为延时器件的制造和控制提供便利性。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种多波束相控阵天线***的组成框图；
图2为本发明实施例1中X波段8波束极化可重构低成本相控阵天线***的结构***图；
图3为本发明实施例1中X波段8波束极化可重构低成本相控阵天线***的多功能有源波束形成网络组成框图；
图4为本发明实施例1中X波段8波束极化可重构低成本相控阵天线***的多波束合成网络组成框图；
图5为本发明实施例1中X波段8波束极化可重构低成本相控阵天线***的多通道时延组件组成框图；
图6为本发明实施例2中Ka波段4波束极化可重构低成本相控阵天线***的结构***图；
图7为本发明实施例2中Ka波段4波束极化可重构低成本相控阵天线***的多功能有源波束形成网络组成框图；
图8为本发明实施例2中Ka波段4波束极化可重构低成本相控阵天线***的多波束合成网络组成框图；
图9为本发明实施例2中Ka波段4波束极化可重构低成本相控阵天线***的多通道时延组件组成框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供一种工作在X波段的8波束极化可重构低成本相控阵天线***，***工作的中心频点为10GHz，瞬时信号带宽为400MHz，扫描角度为两维±45°，由16×16个可扩展天线子***拼接构建，其中，每个可扩展天线子***为低剖面的双层结构，包括上层的天线辐射阵面1和下层的多波束综合馈电网络2，通过高精度垂直互联技术实现射频信号互通。
所述天线辐射阵面1由4个天线子阵11均匀矩形排列布局，每个子阵11包括4个天线单元111；天线单元111为小型化处理后的微带贴片天线，具有低剖面和宽波束的特性，考虑到阵列扫描角度较宽，相邻天线单元111的间距d＝12mm，天线辐射阵面1的阵列大小为96mm×96mm，总阵面大小为1536mm×1536mm。
继续参阅图2，多波束综合馈电网络2包括多功能有源波束形成网络21、多波束合成网络22和多通道时延组件23，分布在同一层微波介质基板上，分别由超高密度***封装技术进行三维异构封装，4个多功能有源波束形成网络21对应的通过1个多波束合成网络22与1多通道时延组件23相接，实现可扩展天线子***的射频信号传输及幅相延时控制。
如图3所示，多功能有源波束形成网络21包括4个基于GaAs工艺的可变极化放大接收芯片211和1个硅基工艺的多功能波束形成芯片212，可变极化放大接收芯片211包括2个前端低噪放2111、1个90度电桥2112、1个2入8出开关矩阵2113，实现前级放大和极化控制；多功能波束形成芯片212包括32个移相衰减通道2121和对应的32入8出的波束合成网络2122，实现末级放大和幅相控制。
所述天线子阵11的每个天线单元111馈电端口分为左旋圆极化端口和右旋圆极化端口，每个天线单元111两个馈电端口分别与两个前端低噪放2111的输入口连接，每两个前端低噪放2111的输出端口与一个90度电桥2112的两个输入端口连接，90度电桥2112的两个输出端口通过一个2入8出开关矩阵2113与8个移相衰减通道2121相接。所述2入8出开关矩阵2113具有两种状态，分别将所述8个移相衰减通道2121的射频信号全部选择连接到90度电桥2112对应的输出端口，再通过90度电桥2112和前端低噪放2111连接到所述天线单元111的左旋圆极化端口或者右旋圆极化端口，实现所有8个波束极化可重构。所述每个移相衰减通道2121包含1个6位移相器(步进5.625°)和1个6位衰减器(步进0.5dB)，具备整体加断电可控功能，控制每个波束的幅度相位和电源通断。
如图4所示，所述多波束合成网络22为32入8出的无源低损耗合成网络，每个多功能有源波束形成网络21对应的32个移相衰减通道2121输出端口分别连接32入8出的波束合成网络2122；4个多功能有源波束形成网络21对应的波束合成网络2122对应的32个输出端口通过级联多波束合成网络22形成8波束通道，8波束通道连接1个所述多通道时延组件23的对应输入端口，多通道时延组件23包括8个放大时延通道，输出8个子***级的波束信号。本实施例中只需要级联一个多波束合成网络22，所述多波束合成网络22的输入端口连接4个所述多功能有源波束形成网络21的对应输出端口，输出端口连接1个所述多通道时延组件23的对应输入端口，将所述多功能有源波束形成网络21的每个波束信号传输至对应的时延通道。
每个天线辐射阵面1输出的8个子***级的波束信号后端再通过级联若干个多波束合成网络22形成8个***级的波束信号8。本实施例中，共包括16×16个可扩展天线子***，每个可扩展天线子***包括每个天线辐射阵面1，则整个***包括16×16×8个波束信号，先分别连接16×4个多波束合成网络22的输入端口，然后进一步的在这些多波束合成网络22之后连接16个多波束合成网络22，在此之后再连接4个多波束合成网络22，在此之后再级联1一个多波束合成网络22，最终从最后一个多波束合成网络22的输出端口输出8波束信号。
如图5所示，所述多通道时延组件23包括8个放大时延通道，输出8个子***级的波束信号，每个通道包括两级功放231和一个4位的时延器232，实现(1λ、2λ、4λ、4λ)的延迟，最大延迟量11λ，对可扩展天线子***内的口径渡越进行补偿。
实施例2
本发明实施例2与实施例1的区别在于：
如图6所示，本实施例提供一种工作在Ka波段的4波束极化可重构低成本相控阵天线***，***工作的中心频点为29GHz，瞬时信号带宽为800MHz，扫描角度为两维±20°，由64×64个可扩展天线子***拼接构建。
如图6所示，所述天线辐射阵面1由16个天线子阵11均匀矩形排列布局，每个子阵11包括4个天线单元111；天线单元111为圆形辐射口径的平板波导天线，具有宽带功率容量高的特性，相邻天线单元111的间距d＝5mm，天线辐射阵面1的阵列大小为40mm×40mm，天线***总阵面大小为2560mm×2560mm。
如图7所示，可变极化放大接收芯片211包括2个前端低噪放2111、1个90度电桥2112、1个2入4出开关矩阵2113，多功能波束形成芯片212包括16个移相衰减通道2121和对应的16入4出的波束合成网络2122，实现末级放大和幅相控制。
如图7所示，每个天线单元111两个馈电端口分别与两个前端低噪放2111的输入口连接，每两个前端低噪放2111的输出端口与一个90度电桥2112的两个输入端口连接，90度电桥2112的两个输出端口通过一个2入4出开关矩阵2113与4个移相衰减通道2121相接，每个多功能有源波束形成网络21对应的16个移相衰减通道2121输出端口分别连接16入4出的波束合成网络2122；所述2入4出开关矩阵2113具有两种状态，分别将所述4个移相衰减通道2121的射频信号全部选择连接到90度电桥对应的输出端口，再通过90度电桥2112和前端低噪放2111连接到所述天线单元111的左旋圆极化端口或者右旋圆极化端口，实现所有4个波束极化可重构。所述每个移相衰减通道2121包含1个6位移相器(步进5.625°)和1个6位衰减器(步进0.5dB)，具备整体加断电可控功能，控制每个波束的幅度相位和电源通断。
如图8所示，多波束合成网络22为16入4出，16个多功能有源波束形成网络21对应的波束合成网络2122对应的64个输出端口通过级联多波束合成网络22形成4波束通道，4波束通道连接1个所述多通道时延组件23的对应输入端口，多通道时延组件23包括4个放大时延通道，输出4个子***级的波束信号。本实施例中，共包括64×64个可扩展天线子***，每个可扩展天线子***包括每个天线辐射阵面1，天线辐射阵面1由16个天线子阵11均匀矩形排列布局，则整个***包括64×64×4×4个波束信号，先分别连接64×64个多波束合成网络22的输入端口，然后进一步的在这些多波束合成网络22之后连接64×16个多波束合成网络22，在此之后再连接64×4个多波束合成网络22，在此之后再级联64个多波束合成网络22，在此之后再级联16波束合成网络22，在此之后再级联4多波束合成网络22，在此之后再级联1多波束合成网络22，最后一个多波束合成网络22的输出端口输出4束信号。
如图9所示，所述多通道时延组件23包括4个放大时延通道，输出4个子***级的波束信号，每个通道包括两级功放231和一个4位的时延器232，实现(1λ、2λ、4λ、8λ)的延迟，最大延迟量15λ，对可扩展天线子***内的口径渡越进行补偿。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种多波束相控阵天线***，其特征在于，包括多个可扩展天线子***，每个可扩展天线子***为低剖面双层结构，上层为天线辐射阵面（1），下层为多波束综合馈电网络（2），两层之间通过垂直互联技术实现射频信号互通；所述天线辐射阵面（1）包括多个天线子阵（11），每个子阵（11）包括多个天线单元（111），多波束综合馈电网络（2）包括多功能有源波束形成网络（21）、多波束合成网络（22）和多通道时延组件（23）；每个天线单元（111）均与多功能有源波束形成网络（21）连接，多个多功能有源波束形成网络（21）的输出端口通过级联多波束合成网络（22）形成L波束通道，L波束通道连接1个所述多通道时延组件（23）的对应输入端口，多通道时延组件（23）输出L个子***级的波束信号，每个天线辐射阵面（1）输出的L个子***级的波束信号后端再通过级联若干个多波束合成网络（22）形成L个***级的波束信号，L为所需要形成的多波束数量，L≥2；
所述天线辐射阵面（1）由M个天线子阵（11）均匀矩形排列布局，每个子阵（11）包括N个天线单元（111）；多功能有源波束形成网络（21）包括N个可变极化放大接收芯片（211）和1个多功能波束形成芯片（212），可变极化放大接收芯片（211）包括2个前端低噪放（2111）、1个90度电桥（2112）、1个2入L出开关矩阵（2113），多功能波束形成芯片（212）包括N*L个移相衰减通道（2121）和对应的N*L入L出的波束合成网络（2122）；其中， N≥2 、M≥2；
每个天线单元（111）两个馈电端口分别与两个前端低噪放（2111）的输入口连接，每两个前端低噪放（2111）的输出端口与一个90度电桥（2112）的两个输入端口连接，90度电桥（2112）的两个输出端口通过一个2入L出开关矩阵（2113）与L个移相衰减通道（2121）相接，每个多功能有源波束形成网络（21）对应的N*L个移相衰减通道（2121）输出端口分别连接N*L入L出的波束合成网络（2122）；多波束合成网络（22）为4L入L出，M个多功能有源波束形成网络（21）对应的波束合成网络（2122）对应的M*L个输出端口通过级联多波束合成网络（22）形成L波束通道，L波束通道连接1个所述多通道时延组件（23）的对应输入端口，多通道时延组件（23）包括L个放大时延通道，输出L个子***级的波束信号；
所述多功能有源波束形成网络（21）、多波束合成网络（22）和多通道时延组件（23）分布在同一层微波介质基板上进行三维异构封装；
所述多通道时延组件（23）包括两级功放（231）和一个4位的时延器（232），所述时延器（232）连接在两级功放（231）之间。
2.根据权利要求1所述的一种多波束相控阵天线***，其特征在于，所述天线辐射阵面（1）由4个天线子阵（11）均匀矩形排列布局，每个子阵（11）包括4个天线单元（111）；多功能有源波束形成网络（21）包括4个可变极化放大接收芯片（211）和1个多功能波束形成芯片（212），可变极化放大接收芯片（211）包括2个前端低噪放（2111）、1个90度电桥（2112）、1个2入8出开关矩阵（2113），多功能波束形成芯片（212）包括32个移相衰减通道（2121）和对应的32入8出的波束合成网络（2122）；
每个天线单元（111）两个馈电端口分别与两个前端低噪放（2111）的输入口连接，每两个前端低噪放（2111）的输出端口与一个90度电桥（2112）的两个输入端口连接，90度电桥（2112）的两个输出端口通过一个2入8出开关矩阵（2113）与8个移相衰减通道（2121）相接，每个多功能有源波束形成网络（21）对应的32个移相衰减通道（2121）输出端口分别连接32入8出的波束合成网络（2122）；多波束合成网络（22）为32入8出，4个多功能有源波束形成网络（21）对应的波束合成网络（2122）对应的32个输出端口通过级联多波束合成网络（22）形成8波束通道，8波束通道连接1个所述多通道时延组件（23）的对应输入端口，多通道时延组件（23）包括8个放大时延通道，输出8个子***级的波束信号。
3.根据权利要求2所述的一种多波束相控阵天线***，其特征在于，***由16×16个可扩展天线子***拼接构建。
4.根据权利要求3所述的一种多波束相控阵天线***，其特征在于，***工作的中心频点为10GHz，瞬时信号带宽为400MHz，扫描角度为两维±45°。
5.根据权利要求1所述的一种多波束相控阵天线***，其特征在于，所述天线辐射阵面（1）由16个天线子阵（11）均匀矩形排列布局，每个子阵（11）包括4个天线单元（111）；多功能有源波束形成网络（21）包括4个可变极化放大接收芯片（211）和1个多功能波束形成芯片（212），可变极化放大接收芯片（211）包括2个前端低噪放（2111）、1个90度电桥（2112）、1个2入4出开关矩阵（2113），多功能波束形成芯片（212）包括16个移相衰减通道（2121）和对应的16入4出的波束合成网络（2122）；
每个天线单元（111）两个馈电端口分别与两个前端低噪放（2111）的输入口连接，每两个前端低噪放（2111）的输出端口与一个90度电桥（2112）的两个输入端口连接，90度电桥（2112）的两个输出端口通过一个2入4出开关矩阵（2113）与4个移相衰减通道（2121）相接，每个多功能有源波束形成网络（21）对应的16个移相衰减通道（2121）输出端口分别连接16入4出的波束合成网络（2122）；多波束合成网络（22）为16入4出，16个多功能有源波束形成网络（21）对应的波束合成网络（2122）对应的64个输出端口通过级联多波束合成网络（22）形成4波束通道，4波束通道连接1个所述多通道时延组件（23）的对应输入端口，多通道时延组件（23）包括4个放大时延通道，输出4个子***级的波束信号。
6.根据权利要求5所述的一种多波束相控阵天线***，其特征在于，***由64×64个可扩展天线子***拼接构建。
7.根据权利要求6所述的一种多波束相控阵天线***，其特征在于，***工作的中心频点为29GHz，瞬时信号带宽为800MHz，扫描角度为两维±20°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210789141.0A CN115296044B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种多波束相控阵天线*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210789141.0A CN115296044B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种多波束相控阵天线*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115296044A CN115296044A (zh) | 2022-11-04 |
| CN115296044B true CN115296044B (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=83822675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210789141.0A Active CN115296044B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种多波束相控阵天线*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115296044B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5874915A (en) * | 1997-08-08 | 1999-02-23 | Raytheon Company | Wideband cylindrical UHF array |
| US5936588A (en) * | 1998-06-05 | 1999-08-10 | Rao; Sudhakar K. | Reconfigurable multiple beam satellite phased array antenna |
| WO2016106631A1 (zh) * | 2014-12-31 | 2016-07-07 | 华为技术有限公司 | 天线***和波束控制方法 |
| CN105958214A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-09-21 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种可扩展高集成有源相控阵天线 |
| CN112615147A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-06 | 中国传媒大学 | 基于正交模式的紧凑型低耦合可扩展mimo天线 |
-
2022
- 2022-07-06 CN CN202210789141.0A patent/CN115296044B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5874915A (en) * | 1997-08-08 | 1999-02-23 | Raytheon Company | Wideband cylindrical UHF array |
| US5936588A (en) * | 1998-06-05 | 1999-08-10 | Rao; Sudhakar K. | Reconfigurable multiple beam satellite phased array antenna |
| WO2016106631A1 (zh) * | 2014-12-31 | 2016-07-07 | 华为技术有限公司 | 天线***和波束控制方法 |
| CN105958214A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-09-21 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种可扩展高集成有源相控阵天线 |
| CN112615147A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-04-06 | 中国传媒大学 | 基于正交模式的紧凑型低耦合可扩展mimo天线 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Low-RCS Multi-Beam Metasurface-Inspired Antenna Based on Pancharatnam–Berry Phase;Fan, Ya等;《IEEE》;20200331;全文 * |
| 数字多波束相控阵天线在测控***中的应用研究;王晓波;王轶;李铁;薛秀丽;;遥测遥控;20180115(第01期);全文 * |
| 星载多波束相控阵馈电反射面天线研究;杨涛等;《天地一体化信息网络》;20220630;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115296044A (zh) | 2022-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11469497B2 (en) | Dual-beam sector antenna and array | |
| CN107403991B (zh) | 超超宽带aesa的***和方法 | |
| TWI806070B (zh) | 用於無線收發器用多波束波束成形前端架構的系統及方法 | |
| CN112117533B (zh) | 双频双线极化相控阵天线及天线单元 | |
| US6650291B1 (en) | Multiband phased array antenna utilizing a unit cell | |
| US6529166B2 (en) | Ultra-wideband multi-beam adaptive antenna | |
| US6232920B1 (en) | Array antenna having multiple independently steered beams | |
| EP1573855B1 (en) | Phased array antenna for space based radar | |
| US5870063A (en) | Spacecraft with modular communication payload | |
| EP0398555B1 (en) | Lightweight, low profile phased array antenna with electromagnetically coupled integrated subarrays | |
| US5977910A (en) | Multibeam phased array antenna system | |
| US9761937B2 (en) | Fragmented aperture for the Ka/K/Ku frequency bands | |
| WO2007103589A2 (en) | Multi-beam tile array module for phased array systems | |
| US20080238797A1 (en) | Horn antenna array systems with log dipole feed systems and methods for use thereof | |
| Jin et al. | High integration Ka-band multi-beam antenna for LEO communication satellite | |
| Tomasic et al. | The geodesic dome phased array antenna for satellite control and communication-subarray design, development and demonstration | |
| CN115296044B (zh) | 一种多波束相控阵天线*** | |
| Luo et al. | Millimeter-wave smart antennas for advanced satellite communications | |
| Gorski et al. | Developments on phased array for low-cost, high frequency applications | |
| Pham et al. | V-band beam-switching transmitarray antenna for 5G MIMO channel sounding | |
| Robinson et al. | An X-band active microstrip reflectarray | |
| EP3861596A1 (en) | Phased array antenna system with a fixed feed antenna | |
| Lee et al. | A 26.5-GHz 4x2 Array Switched Beam-Former Based on 2-D Butler Matrix for 5G Mobile Applications in 28-nm CMOS | |
| CN114142875B (zh) | 一种毫米波相控阵发射组件及装置 | |
| Yang et al. | Highly Integrated Q/V-Band Multi-Beam Phased Array Antenna for LEO Communication Satellite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |