一种Ka频段宽带宽波束角扫描三角阵相控阵天线装置的制作方法

本发明涉及一种支持ka频段宽带宽波束角扫描的三角阵相控阵天线装置，属于卫星通信系统领域。

背景技术：

1、近年来，随着低轨卫星互联网建设以及星地传输服务的需求不断提高，基于低轨通信卫星的宽带宽波束扫描角度相控阵天线是目前卫星通信领域的研究热点之一。目前传统相控阵天线采用平面布阵方式，波束扫描范围超过±45°后，天线增益、天线轴比等指标快速衰落。为达到预期指标，需增加射频链路、天线阵元数、增加驱动功率等方式，增加了卫星重量、功耗、体积等方面压力。为避免上述问题、实现设备轻型化等，研制了通过两个天线阵面倾斜40°放置形成立体三角形阵列排布，若两个阵面均覆盖±45°，通过两阵面切换协同工作，实现更大范围±85°宽角度覆盖。

技术实现思路

1、本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提出的一种支持ka频段宽带宽波束角扫描的三角阵相控阵天线装置，本发明实现简单，设备轻型化，可支持宽角的相控阵天线覆盖，适配各类卫星平台，在一定程度上节省了卫星整体重量、包络等。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种ka频段宽带宽波束角扫描三角阵相控阵天线装置，包括天线阵列和射频通道模块；还包括波位控制管理模块、开关网络模块和射频通道模块；

4、所述波位控制管理模块根据包括任务规划、工作模式、卫星位置、待指向目标位置在内的信息解析出开关网络模块开关指令参数、计算出射频通道的幅度、相位调整参数值，并完成射频通道加断电控制和工作状态监控。

5、所述开关网络模块包括发射波束开关选择和接收波束开关选择，发射波束开关选择用于完成发射波束分波束和合波束模式选择；接收波束开关选择用于完成接收波束分波束和合波束模式选择；

6、所述射频通道模块包括发射链路和接收链路，发射链路完成发射信号功率分配、滤波、移相和驱动级放大；接收链路完成低噪声放大、滤波、移相和信号合成。

7、天线阵列i完成波束i的无线电磁信号的收发，波束范围方位角0°～360°，其离轴角-85°～+5°；

8、天线阵列ii完成波束ii的无线电磁信号的收发，波束范围方位角0°～360°，其离轴角-5°～+85°；

9、在分波束模式下，波束i、波束ii分别工作，实现2路双向信号的传输；波束指向独立配置，实现各自覆盖范围内目标信息交换；波束i支持-85°～+5°范围内目标信息交互，波束ii可支持-5°～+85°范围内目标信息交互；

10、在合波束模式下，实现单个波束宽波束角度扫描工作以及单信号双向传输；其中，波位控制管理模块根据卫星位置以及待指向目标位置计算波束指向角度信息，若目标角度处于-85°～-5°范围内，开关网络模块进行模式切换，切换为模式i，经过射频通道模块之后使天线阵列i指向目标位置，实现单路信号的收发；若目标角度处于-5°～+5°范围内开关网络模块切换为模式ii，经过射频通道模块之后使天线阵列ii合成指向目标位置，实现单路信号的收发；若目标角度处于+5°～+85°范围内，开关网络模块切换为模式iii，经过射频通道模块之后使天线阵列ii指向目标位置，实现单路信号的收发。

11、进一步的，所述开关网络模块包括发射链路开关网络和接收链路开关网络；其中，发射链路开关网络与射频通道模块的射频链路连接，接收链路开关网络与射频通道模块的接收链路连接。

12、进一步的，发射链路开关网络和接收链路开关网络均包括开关a、开关b和开关c；开关a、开关b和开关c均为单刀双掷开关形式；其中，开关a和开关c的主触头分别为波束i和波束ii的连接端；开关a的其中一分触头连接开关b的其中一分触头，开关b的主触头和开关c的其中一触头分别与射频通道模块的对应的链路接口连接；

13、开关a的另一分触头和开关b的另一分触头均连接在开关c的另一分触头上。

14、与现有技术相比，本发明的优势在于：

15、1.本发明通过三角阵布阵方式支持ka频段宽带宽角相控阵天线扫描，实现±85°覆盖范围内的目标凝视或捷变工作；

16、2.本发明可根据任务规划，支持两个分波束独立工作或合波束输出，实现单路信号长时间覆盖传输或两路信号传输。

17、3.本发明配置实现了轻型化，避免了波束大角度扫描时增益快速衰落等缺点，在同样指标要求下，重量、功耗和体积相较于传统设计方式需求更低。

技术特征：

1.一种ka频段宽带宽波束角扫描三角阵相控阵天线装置，包括天线阵列和射频通道模块；其特征在于，还包括波位控制管理模块、开关网络模块和射频通道模块；

2.根据权利要求1所述的一种ka频段宽带宽波束角扫描三角阵相控阵天线装置，其特征在于，所述开关网络模块包括发射链路开关网络和接收链路开关网络；其中，发射链路开关网络与射频通道模块的射频链路连接，接收链路开关网络与射频通道模块的接收链路连接。

3.根据权利要求2所述的一种ka频段宽带宽波束角扫描三角阵相控阵天线装置，其特征在于，发射链路开关网络和接收链路开关网络均包括开关a、开关b和开关c；开关a、开关b和开关c均为单刀双掷开关形式；其中，开关a和开关c的主触头分别为波束i和波束ii的连接端；开关a的其中一分触头连接开关b的其中一分触头，开关b的主触头和开关c的其中一触头分别与射频通道模块的对应的链路接口连接；

技术总结
本发明公开了一种Ka频段宽带宽波束角扫描三角阵相控阵天线装置，属于卫星通信系统领域；其支持了±85°波束范围内凝视、跳扫、捷变等共组模式，支持传输2.5GHz工作带宽。本发明的实现分为波束指向、开关网络、射频链路与天线阵列；波束指向主要完成上下行波束角度指向的解算，射频链路完成信号的放大、功率合成/分配、移相、幅值调整等工作；天线阵列完成无线电磁信号的收发。本发明支持Ka频段2.5Ghz工作带宽，支持±85°范围内角度扫描、支持凝视/捷变/跳扫工作场景、支持分波束/合波束模式，可灵活可配置。

技术研发人员：张世层,高鹏,王立民,李胜利,孙艳红
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16