CN116980001A - 一种编队卫星干涉sar一体化载荷新架构布局设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，天线子板集成为一个整板，包括子阵网络和功分器，阵面处于发射状态时，微波信号依次经过1:2功分器、驱动放大器、衰减器、环形器、1:3功分器、1:8功分器、1:6功分器、延时放大组件、子阵网络1:2功分器、T/R组件输入端，放大后至辐射单元到指定空间；阵面处于接收状态时，信号依次经过T/R组件、子阵网络1:2功分器、延时放大组件、子阵网络1:6功分器、1:8功分器、1:3功分器、环形器、1:2功分器、舱内接收机。本发明可以在不用天线展开的情况下实现发射，提高了***可靠性，同时解决了天线阵面展开带来的板间相位陡变这一关键问题。
Description
技术领域
本发明涉及星载微波成像雷达领域，尤其涉及一种编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法。
背景技术
编队卫星干涉SAR天线一般采用天线折叠的方式进行设计，通过折叠可以实现卫星包络的最小化，然而天线在展开过程中无疑会引入柔性电缆随展开扰动从而引起的相位变化，最终影响干涉精度。
针对一体化载荷架构布局设计，经过万方检索近些年的相关文献，获取了对比信息。
江守利等人在《星载SAR功能结构一体化天线技术研究》中提出了新型低剖面合成口径雷达(SAR)有源相控阵天线设计方法，通过多功能结构一体化天线技术，采用高密度互联、新型功能材料等进行模块化、轻量化的***级集成设计，将***功能与天线结构相结合，大幅减小了SAR天线的体积，增大了内部可用空间；但是其未构造新型天线设计方式，未对天线展开造成的相位变化进行考虑。
府大兴等人在《星载SAR结构功能一体化天线制造关键技术》中提出***控制的工艺设计思想，从零部件、单机、模块到天线***综合考虑多种针对性工艺措施，深入研究，突破了有源综合模块垂直盲插装联、天线子板小应力精确装配、天线辐射单元精密制造等关键技术，成功实现星载一体化高密度集成天线研制；但是其也未对天线展开的相位变化做出探讨。
针对传统编队卫星干涉SAR载荷一般采用折叠设计的方式，需提供一种编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，以解决天线折叠引起的扰动相位变化。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法。
本发明的具体内容如下：一种编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，天线子板集成为一个整板，包括子阵网络和功分器，
阵面处于发射状态时，信号流程为：舱内设备线性调频源产生的微波信号由1:2功分器传输至驱动放大器，经衰减器、环形器分配至模块，经互连电缆传送至1:3功分器，再经1:8功分器至子阵网络1:6功分器，再通过延时放大组件放大后至子阵网络1:2功分器，分配至T/R组件输入端，放大后至辐射单元到指定空间；
阵面处于接收状态时，信号流程为：各辐射天线单元接收回波信号，经T/R组件放大、子阵网络1:2功分器合成、延时放大组件放大后，通过子阵网络1:6功分器、1:8功分器、1:3功分器，后经环形器再经1:2功分器传输至舱内接收机。
进一步的，定标链路信号流程为：定标***信号传输至1:2功分器，再经1:3功分器至1:8功分器，再经过子阵网络1:25定标功分器至T/R组件监测通道。
进一步的，子阵网络包括多层层压印制板，子阵网络中的射频网络包括收发网络的1个1:6功分器和6个1:2功分器，以及定标网络的1个1：25功分器，其中，1：25功分器排布在印制板右侧，1:6定标功分器与1：25功分器排布在同一层上，1:2功分器排布在另一层印制板内。
进一步的，印制板上设有射频馈电网络、低频分线板和+28V、±5V电源，在多层印制板里铺铜，子阵网络上焊有多个低频连接器和射频连接器，低频连接器和射频连接器均通过焊接方式固定在电路板上，在低频连接器的两侧还设有定位孔，配合使用定位螺钉紧固低频连接器。
进一步的，在电路板上设有若干挖槽，挖槽位于低频连接器和射频连接器的安装位置之外。
本发明的有益效果：通过阵面整体设计，实现了天线阵面的非展开型设计：可以在不用天线展开的情况下实现发射，提高了***可靠性，同时解决了天线阵面展开带来的板间相位陡变这一关键问题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为编队卫星干涉SAR天线阵面传统设计框图；
图2为本发明的编队卫星干涉SAR一体化天线架构布局设计方法全阵工作原理图；
图3为发射链路示意图；
图4为接收链路示意图；
图5为定标链路示意图
图6为子阵网络三维模型示意图；
图7为某编队卫星SAR收拢状态板间相位图；
图8为某编队卫星SAR展开状态板间相位图；
图9为某新型编队卫星SAR天线相位。
其中，1、低频连接器，2、挖槽，3、定位孔，4、射频连接器。
实施方式
本发明提出了一种编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法。该方法通过重新设计一体化载荷架构布局设计方法，实现了新型射频网络设计，解决了载荷阵面展开带来的板间相位陡变这一关键问题。
传统编队卫星干涉SAR载荷在设计中一般采用折叠方式实现***包络最小化，如图1所示。每两个子板之间有铰链连接，发射时折叠成π型，在轨展开，该形式虽然可以减小***包络，但是不可避免的带来了天线阵面展开带来的板间相位陡变这一关键问题。
针对上述这一问题，本发明设计了编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局，该布局通过综合网络的设计，将需要展开的天线子板集成为一个整板，通过这种设计，避免了子板间高频电缆的连接，进而避免了天线子板展开导致的高频电缆抖动。
本申请的编队卫星干涉SAR一体化天线架构布局设计方法全阵工作原理图如图2所示，该设计由子阵网络、1:8功分器、1:3功分器、1:2功分器等单机组成，主要功能是实现全阵面射频信号的传输与分配。
如图3所示，发射时，舱内设备的微波激励信号经1:2功分器由驱动放大器放大后，经衰减器、环形器由射频电缆传输至1:3功分器，经1:8功分器分配至子阵网络的主馈1:6功分器，再由延时放大组件进一步放大送入子阵网络1:2功分器，经子阵网络1:2功分器分配后给T/R组件输入激励信号，T/R组件进一步放大微波信号，经辐射天线单元向空间辐射。
如图4所示，接收时，各辐射天线单元接收回波信号，经T/R组件放大、子阵网络1:2功分器合成、延时放大组件放大后，通过子阵网络1:6功分器、1:8功分器、1:3功分器，后经环形器再经射频电缆传输至舱内1:2功分器，送入舱内接收机。
本申请的设计方法中还包括了定标链路的设计，内定标网络作为内定标***的组成部分在SAR***其它设备的协同下完成阵面T/R组件发射功率、接收通道增益、***增益定标功能，卫星在轨飞行阶段也可用于指定位置检测。如图5所示，定标链路信号流程为：定标***信号传输至1:2功分器，再经1:3功分器至1:8功分器，再经过子阵网络1:25定标功分器至T/R组件监测通道。
通过上述链路设计实现了非折叠的编队卫星干涉SAR一体化天线架构布局，为了满足重量要求，本申请同时开展了轻量化设计。
子阵网络中的射频网络包括收发网络的1个1:6功分器和6个1:2功分器，以及定标网络的1个1：25功分器。由于1:6功分器与1:2功分器走线之间有交叉，不能排布在同一层印制板内，而如果考虑单独排布一层的话，射频电路就需要3层带状线。故针对定标网络1：25在排布在印制板右侧，这样可以将1:6定标功分器与1：25功分器排布在同一层上，用最少的印制板层数将网络功能实现，从而达到减重的目的。另外在适当的位置增加减重槽，也可以减少一定的重量。
如图6所示，针对结构设计，子阵网络由多层层压电路板组成，包括射频馈电网络和低频分线板以及+28V、±5V这三个品种的电源，在多层印制板里采用大面积铺铜实现电源品种的铜层。子阵网络上焊有多个低频连接器1和射频连接器4，所有连接器通过焊接方式固定在电路板上，其中低频连接器1另外通过增加两侧安装定位孔3，配合使用定位螺钉紧固低频连接器1，提高可靠性的同时控制低频连接器的焊接精度。考虑子阵网络轻量化设计，在不影响子阵网络功能以及可靠性的前提下，在电路板上挖槽2减重，减重区域如图6所示，分别位于多个低频连接器和射频连接器的安装位置之外，最终实现减重约6％。
以某两类编队卫星干涉SAR为例，使用本申请的设计方法，进行实际对比分析：
1、传统载荷收拢状态下相位测试
以某编队卫星SAR在收拢状态下进行板间相位测试，将接收机录取回波数据进行脉压，获取相位值Φ1如图7所示。
2、传统载荷展开状态下相位测试
以某编队卫星SAR在展开状态下进行板间相位测试，将接收机录取回波数据进行脉压，获取相位值Φ2如图8所示。
通过上述图示可见，面板A、面板B、面板C在天线展开前后板间相位发生了较大变化，这些都是由于天线展开带来的。
3、新型载荷相位测试
对按照本申请的设计方法设计的新型载荷进行相位测试，由于天线阵面只有一个面板，因此不会存在收拢展开带来的相位变化，将接收机录取回波数据进行脉压，获取相位值Φ3如图9所示。
通过以上各图的对比，可以发现，本申请的设计方法所提出的布局解决了天线阵面展开带来的板间相位变化问题。
本发明提出的编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，实现了新型射频网络设计，该方法实现了（1）天线阵面非展开型设计：可以在不用天线展开的情况下实现发射，提高了***可靠性，同时解决了天线阵面展开带来的板间相位陡变这一关键问题。（2）天线的轻量化设计：通过布局的合理化分配，实现了天线轻量化设计。（3）解决了编队卫星干涉SAR由于阵面展开带来的可靠性问题，同时解决了天线阵面展开带来的板间相位变化问题，并且实现了天线的轻量化设计。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (5)
1.一种编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，其特征在于：天线子板集成为一个整板，包括子阵网络和功分器，
阵面处于发射状态时，信号流程为：舱内设备线性调频源产生的微波信号由1:2功分器传输至驱动放大器，经衰减器、环形器分配至模块，经互连电缆传送至1:3功分器，再经1:8功分器至子阵网络1:6功分器，再通过延时放大组件放大后至子阵网络1:2功分器，分配至T/R组件输入端，放大后至辐射单元到指定空间；
阵面处于接收状态时，信号流程为：各辐射天线单元接收回波信号，经T/R组件放大、子阵网络1:2功分器合成、延时放大组件放大后，通过子阵网络1:6功分器、1:8功分器、1:3功分器，后经环形器再经1:2功分器传输至舱内接收机。
2.根据权利要求1所述的编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，其特征在于：定标链路信号流程为：定标***信号传输至1:2功分器，再经1:3功分器至1:8功分器，再经过子阵网络1:25定标功分器至T/R组件监测通道。
3.根据权利要求1所述的编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，其特征在于：子阵网络包括多层层压印制板，子阵网络中的射频网络包括收发网络的1个1:6功分器和6个1:2功分器，以及定标网络的1个1：25功分器，其中，1：25功分器排布在印制板右侧，1:6定标功分器与1：25功分器排布在同一层上，1:2功分器排布在另一层印制板内。
4.根据权利要求1所述的编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，其特征在于：印制板上设有射频馈电网络、低频分线板和+28V、±5V电源，在多层印制板里铺铜，子阵网络上焊有多个低频连接器和射频连接器，低频连接器和射频连接器均通过焊接方式固定在电路板上，在低频连接器的两侧还设有定位孔，配合使用定位螺钉紧固低频连接器。
5.根据权利要求4所述的编队卫星干涉SAR一体化载荷新架构布局设计方法，其特征在于：在电路板上设有若干挖槽，挖槽位于低频连接器和射频连接器的安装位置之外。
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