具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种多波束相控阵天线结构示意图，如图1所示，具体包括：多波束馈电网络110，至少一个射频模块120，天线阵面130。

可选的，整个相控阵天线可以采用砖块式的架构，发射与接收通道都采用模块的设计方式，实现天线的高集成度，并且使天线规模易扩展。具体的，整个相控阵天线可以包括但不限于多波束馈电网络110、至少一个射频模块120和天线阵面130这几部分。其中：

多波束馈电网络110用于将射频信号传输给至少一个射频模块120。

具体的，多波束馈电网络110将信号发生器产生的信号送至射频模块120或将天线阵面130接收到的信号送至信号接收器的过程，称为馈电。射频(Radio Frequency，RF)频率范围为300kHz～300GHz之间，是一种高频交流变化电磁波的简称。可选的，多波束馈电网络110与射频模块120之间通过射频连接，多波束馈电网络110可以将射频信号传输给射频模块120。

至少一个射频模块120通过设定射频连接器与多波束馈电网络110相连，用于发射和接收多路射频信号，每个射频模块120包括至少一个射频通道。

可选的，射频连接器可以是一种用于传输电磁波的器件，射频通道可以是射频信号收发通道，相控阵天线包括一个或多个射频模块120，每个射频模块120包括至少一个射频通道，用于射频信号的发射和接收，并可以对射频信号进行放大，形成多路射频信号发送到天线阵面130。

天线阵面130包括发射阵面和接收阵面，每个阵面包括至少一个天线单元，通过设定射频连接器与射频模块120相连，用于形成波束。

可选的，天线阵面130的独立单元称为阵元或天线单元。相控阵天线可以进行发射与接收天线的一体化设计，天线阵面130包括发射阵面和接收阵面，分别用于信号的发射和接收，并在天线阵面130上形成波束。

在本实施例中，至少一个射频模块120通过微波多层板的垂直过度连接以及小型化的射频连接器与多波束馈电网络110相连；天线阵面130通过微波多层板的垂直过度连接以及小型化的射频连接器与射频模块120相连。

可选的，多波束馈电网络110与射频模块120之间以及射频模块120与天线阵面130之间都可以通过射频连接器相连，为了提高相控阵天线的集成度，减小整个相控阵天线的尺寸，可以对射频连接器进行优化。具体优化方式可以是通过微波多层板的垂直过度连接代替射频连接器的部分功能，或者通过采用小型化的射频连接器的方式。

在本实施例中，对于发射方向，射频通道的末级为设定高效率功率放大器；相控阵天线连接信号发生器，将产生的射频信号发送给多波束馈电网络110。对于接收方向，射频通道的前级为设定低噪声放大器。

具体的，功率放大器(power amplifier)，简称“功放”，是指在给定条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。可选的，在相控阵天线中，对于发射方向，射频通道的末级为设定高效率功率放大器，例如Doherty功放。Doherty技术是W.H.Doherty于1936年发明的一种有源负载调制技术，Doherty功放可以在大范围内保持高效率，从而可以解决在保持线性度的情况下，芯片效率低下的问题，从而解决相控阵天线功耗过大的问题。对于接收方向，射频通道的前级为设定低噪声放大器，其中低噪声放大器为噪声系数很低的放大器，可以提高信号输出的信噪比。

可选的，天线的导热主要采用热传导的方式，Doherty功放与金属腔体直接相连，在腔体内埋入导热管，将产生的热量通过导热管向外输送，导热管与卫星星体连接，利用整星来完成相控阵天线单机的热控。

进一步地，对于发射方向，相控阵天线还包括用于产生射频信号并发送给多波束馈电网络110的信号发生器，相应的，对于接收方向，相控阵天线还包括接收射频信号的信号接收器。

在本实施例中，相控阵天线还包括电源模块，用于为相控阵天线的各模块提供所需电压。优选地，天线的外部电源供电电压可以为42V。

可选的，相控阵天线的供电通过电源模块采用外部统一的电压供电，为各个器件提供所需的电压，实现对各个模块的供电。

在本实施例中，相控阵天线还包括波束控制模块，通过控制信号与射频模块120相连，包括波控母板和至少一个波控子板，用于控制多波束相控阵天线产生的波束的指向。

可选的，波束控制模块是用户控制波束指向的模块，波束控制模块包括波控母板和至少一个波控子板，其中，波控母板与各波控子板相连。图2是本发明实施例提供的一种多波束相控阵天线架构图，如图所示，天线阵面130分为发射阵面和接收阵面，两个阵面分别对应各自的射频模块120、多波束馈电网络110和波束控制模块，多波束馈电网络与射频模块及射频模块与天线阵面之间通过射频连接，电源模块用于给各模块供电。

在本实施例中，波控母板上包括现场可编程逻辑门阵列芯片，至少一个波控子板上包括矢量调制器芯片，波控母板通过所述现场可编程逻辑门阵列芯片控制矢量调制器芯片调整对应的射频通道的幅度和相位，从而实现对波束指向的控制。

可选的，波控母板上包括现场可编程逻辑门阵列芯片(FPGA芯片)，波控子板上包括数模转换芯片(DAC芯片)和矢量调制器芯片(VM芯片)。天线的控制方式可以是：波控母板的FPGA芯片将控制信息发送给波控子板上的DAC芯片，通过DAC芯片去控制VM芯片，使经过VM的射频信号产生相对应的幅度和相位的变化，实现波束的快速切换。

具体的，波控母板可以接收基带模块发送的切换控制指令，FPGA芯片对切换控制指令进行解析，可以解析出切换控制指令中的波束中心频点和波束指向编号，然后计算出相应的波控码表起始地址，根据波控码表起始地址可以从预存的信息表中查找到相应的目标波控码表，最后通过波控子板接口按照地址将目标波控码表分发给波控子板。DAC芯片可以根据接收到的波控码表，从中提取出DAC控制码，根据DAC控制码建立两路正交电压(I/Q两路电压)并发送给VM芯片。VM芯片可以根据接收到的I/Q两路电压确定待切波束对应阵元的幅度和相位，从而实现波束的切换。

进一步地，电源模块可以在波控母板上进行电压变换(DC-DC电压变换)，为各个器件以及波控母板和波控子板供电，然后在波束控制子板上进行二次的DC-DC电压变换，为驱动放大器、Doherty功放、以及DAC芯片供电。

在本实施例中，每个射频模块120对应至少一个波控子板，每个波控子板对应至少一个射频通道，每个射频通道对应一个天线单元。

可选的，对于发射天线，每个射频模块120包含多个射频通道，每个射频模块120可以对应一个天线单元，也可以对应几个天线单元组成的子阵。图3是本发明实施例提供的一种单个射频模块对应的阵面布局图，如图所示，单个射频模块包括16个射频通道，每个射频模块对应至少一个波控子板，每个射频模块对应的波控子板共对应8个射频通道。

进一步地，每个天线阵面上天线单元的个数等于射频模块120的个数与每个射频模块120包含的射频通道个数的乘积。

图4是本发明实施例提供的一种多波束相控阵天线的发射原理示意图，如图所示，天线单元共有576个，对应36个射频模块，每个模块包括16个射频通道，即天线单元的个数为36×16＝576。天线单元采用三角形栅格的排布，每个模块的射频通道输出位置连接一个天线单元，天线单元主要为微带形式且按照三角形栅格排布，射频信号经过多个天线单元的空间合成向外辐射能量，形成指向可变的方向图。天线单元通过射频连接器与射频通道相连，射频通道与多波束馈电网络连接，馈电网络中包括多个驱动放大器1(DA1)和驱动放大器2(DA2)，从而形成8个波束对应的射频信号。每个波束的射频信号进入馈电网络，经过驱动放大器2和驱动放大器1放大后，进入到1分8的功分网络完成功率分配，分配后的射频信号进入到每个多波束芯片相应的位置，再经过芯片内部的功率合成输入到末级的Doherty功放，通过Doherty功放的放大，输出满足单通道指标的射频信号。

图5是本发明实施例提供的一种多波束相控阵天线的接收原理示意图，如图所示，接收天线的整体架构与发射天线一致，区别在于接收采用低噪声放大器替换功率放大器。每个天线单元接收来自外部的信号，经过前级低噪声放大器进入射频模块，再经过VM矢量调制器输如到馈电网络，通过馈电网络内部的功率合成和后级低噪声放大器，完成对单个波束的接收和放大。

本发明实施例公开了一种多波束相控阵天线，包括：多波束馈电网络、至少一个射频模块和天线阵面；多波束馈电网络用于将射频信号传输给至少一个射频模块；至少一个射频模块通过设定射频连接器与多波束馈电网络相连，用于发射和接收多路射频信号，每个射频模块包括至少一个射频通道；天线阵面包括发射阵面和接收阵面，每个阵面包括至少一个天线单元，通过设定射频连接器与射频模块相连，用于形成波束。本发明实施例提供的多波束相控阵天线，可以实现共阵面多波束，提高天线利用率和集成度，减小天线功耗。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。