一种星载多波束切换透明天线制造技术

本发明专利技术公开了一种星载多波束切换透明天线，属于天线技术领域。该天线包括太阳帆板、天线阵面和天线电路；其中天线阵面设置在太阳帆板的向光面上方，与太阳帆板之间具有间隙；天线阵面包括接收天线阵面和发射天线阵面；接收天线阵面和发射天线阵面均包括透明基板、设置在所述透明基板向光面上的微带天线阵和馈电网络、设置在透明基板背光面上的接地面，微带天线阵与馈电网络连接，微带天线阵、馈电网络和接地面均为透明结构；天线电路设置在太阳帆板的背光面上，天线电路包括接收天线电路发射天线电路。本发明专利技术中通过将天线阵面透明化，并与太阳帆板集成设计，提高了天线的辐射能力，进而提高了卫星的通信载荷能力。

【技术实现步骤摘要】
一种星载多波束切换透明天线
本专利技术属于天线
，具体涉及一种星载多波束切换透明天线。
技术介绍
LEO卫星具有传输时延短、路径损耗小的优点，在移动卫星通信、天基物联网中有重要应用价值。低轨卫星与同步轨道卫星之间建立星间传输链路，可以提高低轨卫星对地球的业务覆盖范围。随着地面业务需求的增加，对低轨卫星载荷的需求已由过去的单一工作模式过渡到多任务模式。这种业务需求的变化对低轨卫星载荷的要求是，星载天线数量增加，需要提升天线增益。而小卫星平台空间有限，采用传统的天线设计方法，在狭小的空间范围内安装多付天线、提高天线增益存在技术难度。因此为了提高低轨航天器天线的通信能力，科研人员提出利用航天器的太阳帆板与天线进行集成设计。在太阳能电池帆板上设计天线，主要有以下几种方式:(1)利用太阳能电池帆板上电池模块之间的安装缝隙，设计缝隙天线单元，必要时形成缝隙天线阵列。这种缝隙天线单元或者阵列是与太阳能电池模块共面放置的，参见StefanoVaccaro等发表的论文：“TwoAdvancedSolarAntenna‘SOLANT’DesignsforSatelliteandTerrestrialCommunications”，IEEETransactionsonAntennasandPropagation,Vol.15,No.8,2003,pp.2028-2034.这种方法的问题是，缝隙天线单元在组阵应用时，受限于太阳能电池模块的尺寸大小，可能造成单元间距大于半波长而出现方向图旁瓣；(2)在太阳能电池帆板的电池单元表面，采用导电薄膜印刷或者喷墨印刷技术形成网格化的微带天线，太阳光能够透过天线表面网格进入电池单元，参见TahaYekan等发表的论文：“ConformalIntegratedSolarPanelAntennas”,IEEEAntennasandPropagationMagazine,Vol.4,2017,pp.69-78.这种方法的问题是，太阳能电池模块对其表面上的网格状天线造成不可忽略的影响，难以对天线进行独立设计；(3)将太阳能电池模块放置在传统微带天线表面上，通过孔径耦合的方法对微带天线馈电，参见ThomasR.Jones等发表的论文：“SolarPanelIntegratedCircularPolarizedAperture-CoupledPatchAntennaforCubeSatApplications”,IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,Vol.17,No.10,2018,pp.1895-1899.这种方法的问题是，微带天线大小受限于太阳能电池模块的尺寸，难以组阵应用和圆极化设计。此外，申请号为201710080201.0的中国专利公开了一种航天器太阳能帆板共形天线，该专利中，将太阳能帆板的大面积基板作为天线底板，在太阳能帆板背面设计天线阵；以及，申请号为202010182993.4的中国专利公开了一种与太阳帆板共型设计的星载平面反射阵天线，同样是将天线阵面设置在太阳帆板的背面。然而，将天线阵面设置在太阳帆板背面时，虽然提高了天线的辐射面积，但在天线工作时，太阳帆板的金属基板对信号会有一定的干扰作用，从而影响卫星通信质量。综上分析，可以看出，现有的与太阳帆板集成设计的天线，辐射能力依然受限，导致卫星的通信载荷能力较弱，因此需要对天线进行再设计，以提高低轨航天器的通信能力。
技术实现思路
技术问题：针对现有的星载天线辐射能力有限的问题，本专利技术提供一种星载多波束切换透明天线，通过将天线阵面透明化，并与太阳帆板集成设计，提高了天线的辐射能力，并且通信可靠性高。技术方案：本专利技术提供一种多波束切换的星在透明天线，包括：太阳帆板；天线阵面，设置在所述太阳帆板的向光面上方，与太阳帆板之间具有间隙；所述天线阵面包括用于接收信号的接收天线阵面和用于发射信号的发射天线阵面；所述接收天线阵面和发射天线阵面均包括透明基板、设置在所述透明基板向光面上的微带天线阵和馈电网络、设置在透明基板背光面上的接地面，所述微带天线阵与馈电网络连接，所述微带天线阵、馈电网络和接地面均为透明结构；天线电路，设置在所述太阳帆板的背光面上，所述天线电路包括与接收天线阵面连接的接收天线电路和与发射天线阵面连接的发射天线电路。进一步地，所述微带天线阵包括呈矩形阵列设置的M×N个天线单元，沿行方向分布的N个天线单元形成一个N元线阵，每个所述N元线阵通过合路网络与馈电网络的对应端口连接；或，沿列方向分布的M个天线单元形成一个M元线阵，每个所述M元线阵通过合路网络与馈电网络的对应端口连接；所述合路网络使得相邻的两个天线单元中信号的相位相差90°。进一步地，所述馈电网络为巴特勒矩阵多波束馈电网络或平面罗特曼透镜多波束馈电网络。进一步地，所述微带天线单元、馈电网络、接地面及合路网络均采用金属网格工艺，利用矩形网格或菱形网格离散化，使得微带天线单元、接地面及合路网络呈透明结构。进一步地，所述太阳帆板包括金属底板、设置在所述金属底板向光面上的若干电池模块，所述金属底板背光面上开有凹槽，所述天线电路设置在所述凹槽中；所述金属底板中开有与凹槽连通的线缆槽，用于设置通信电缆。进一步地，所述天线阵面通过若干个支撑螺杆设置在金属底板上，所述支撑螺杆位于若干个电池模块之间的缝隙中。进一步地，所述接收天线电路包括：低噪放组件，与接收天线阵面的馈电网络的连接，用于将接收信号进行低噪声放大和接收下变频；定向耦合器组件，与低噪放组件连接，用于产生接收主信号和取样信号；滤波器组件，与定向耦合器组件连接，用于对取样信号进行滤波；模数转换器，与滤波器组件连接，用于将滤波后的取样信号转换为数字信号；波束切换控制模块，与模数转换器连接，根据所述取样信号，输出波束切换控制指令；接收波束切换开关，与定向耦合器组件和波束切换控制模块连接，根据所述波束切换控制指令对接收波束切换开关进行切换控制，对接收主信号进行选择，得到最终接收信号波束。进一步地，所述发射电路包括：波束切换控制模块，根据发信终端的发射信号，输出波束切换控制指令；发射波束切换开关，与波束切换控制模块连接，根据所述切换控制指令对来自发信终端的发射信号进行选择切换；发射组件，与发射波束切换开关和发射天线阵面的馈电网络连接，用于将选择后的发射信号波束进行功率放大，经放大后的发射信号经过发射天线阵面的馈电网络进行馈电，然后通过发射天线阵面的微带天线阵发射。进一步地，所述接收波束切换开关和发射波束切换开关均为多波束切换开关，所述多波束切换开关包括级联的P级切换开关组件、合路端口和若干个波束端口，每级切换开关组件分别包括P，P-1，…,1个子切换开关，通过调整子切换开关状态，使得所述多波束切换开关能够进行行波束连续切换，保证至少一个波束端口连通。进一步地，子切换开关包括：第一微带线，包括依次连接的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载多波束切换透明天线，其特征在于，包括：/n太阳帆板(100)；/n天线阵面，设置在所述太阳帆板(100)的向光面上方，与太阳帆板(100)之间具有间隙；所述天线阵面包括用于接收信号的接收天线阵面(200)和用于发射信号的发射天线阵面(300)；所述接收天线阵面(200)和发射天线阵面(300)均包括透明基板(010)、设置在所述透明基板(010)向光面上的微带天线阵(020)和馈电网络(030)、设置在透明基板(010)背光面上的接地面(040)，所述微带天线阵(020)与馈电网络(430)连接，所述微带天线阵(020)、馈电网络(030)和接地面(040)均为透明结构；/n天线电路，设置在所述太阳帆板(100)的背光面上，所述天线电路包括与接收天线阵面(200)连接的接收天线电路(400)和与发射天线阵面(300)连接的发射天线电路(500)。/n

【技术特征摘要】
1.一种星载多波束切换透明天线，其特征在于，包括：
太阳帆板(100)；
天线阵面，设置在所述太阳帆板(100)的向光面上方，与太阳帆板(100)之间具有间隙；所述天线阵面包括用于接收信号的接收天线阵面(200)和用于发射信号的发射天线阵面(300)；所述接收天线阵面(200)和发射天线阵面(300)均包括透明基板(010)、设置在所述透明基板(010)向光面上的微带天线阵(020)和馈电网络(030)、设置在透明基板(010)背光面上的接地面(040)，所述微带天线阵(020)与馈电网络(430)连接，所述微带天线阵(020)、馈电网络(030)和接地面(040)均为透明结构；
天线电路，设置在所述太阳帆板(100)的背光面上，所述天线电路包括与接收天线阵面(200)连接的接收天线电路(400)和与发射天线阵面(300)连接的发射天线电路(500)。


2.根据权利要求1所述的透明天线，其特征在于，所述微带天线阵(020)包括呈矩形阵列设置的M×N个天线单元(021)，沿行方向分布的N个天线单元(021)形成一个N元线阵，每个所述N元线阵通过合路网络(050)与馈电网络(030)的对应端口连接；或，
沿列方向分布的M个天线单元(021)形成一个M元线阵，每个所述M元线阵通过合路网络(050)与馈电网络(030)的对应端口连接；
所述合路网络(050)使得相邻的两个天线单元(021)中信号的相位相差90°。


3.根据权利要求2所述的透明天线，其特征在于，所述馈电网络(030)为巴特勒矩阵多波束馈电网络或平面罗特曼透镜多波束馈电网络。


4.根据权利要求2所述的透明天线，其特征在于，所述微带天线单元(021)、馈电网络(030)、接地面(040)及合路网络(050)均采用金属网格工艺，利用矩形网格或菱形网格离散化，使得微带天线单元(021)、接地面(040)及合路网络(050)呈透明结构。


5.根据权利要求1所述的透明天线，其特征在于，所述太阳帆板(100)包括金属底板(110)、设置在所述金属底板(110)向光面上的若干电池模块(120)，所述金属底板(110)背光面上开有凹槽(130)，所述天线电路设置在所述凹槽(130)中；所述金属底板(110)中开有与凹槽(130)连通的线缆槽(140)，用于设置通信电缆。


6.根据权利要求1所述的透明天线，其特征在于，所述天线阵面通过若干个支撑螺杆(150)设置在金属底板(110)上，所述支撑螺杆(150)位于若干个电池模块(120)之间的缝隙中。


7.根据权利要求1所述的透明天线，其特征在于，所述接收天线电路(400)包括：
低噪放组件(410)，与接收天线阵面(200)的馈电网络(030)的连接，用于将接收信号进行低噪声放大和接收下变频；
定向耦合器组件(420)，与低噪放组件(410)连接，用于产生接收主信号和取样信号；
滤波器组件(430)，与定向耦合器组件(420)连接，用于对取样信号进行滤波；
模数转换器(440)，与滤波器组件(430)连接，用于将滤波后的取样信号转换为数字信号；
波束切换控制模块(060)，与模数转换器(440)连接，根据所述取样信号，输出波束切换控制指令；
接收波束切换开关(450)，与定向耦合器组件(420)和波束切换控制模块(060)连接，根据所述波束切换控制指令对接收波束切换开关(450)进行切换控制，对接收主信号进行选择，得到最终接收信号波束。


8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟，陆锐敏，吕蓉，俞石云，叶淦华，杨霖，谢世珺，熊锦添，马鑫，刘斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32