一种双频极化可调多波束射频组件论文和设计-韩国栋

全文摘要

本实用新型公开了一种双频极化可调多波束射频组件，属于相控阵天线技术领域。其包括多个基本射频模块单元和2k个波束合成网络，基本射频模块单元包括两个输入支路以及两个输出支路，输入支路包括一个第一低噪放、一个多入多出滤波器组开关矩阵和2k个第二低噪放，输出支路包括k个极化匹配芯片、一个多入多出滤波器组开关矩阵和k个后端支路，每个后端支路包括一个幅相控制芯片和一个低噪放；每个输入支路具有一个输入端口，每个后端支路具有一个输出端口。该实用新型适用于卫星通信领域的相控阵天线或子阵级数字阵中，特别适用于一副天线实现多星通信的用途中。

主设计要求

1.一种双频极化可调多波束射频组件，其特征在于，包括多个基本射频模块单元和2k个波束合成网络，k≥1，所述基本射频模块单元包括两个输入支路以及两个输出支路，所述输入支路包括一个第一低噪放、一个多入多出滤波器组开关矩阵和2k个第二低噪放，所述输出支路包括k个极化匹配芯片、一个多入多出滤波器组开关矩阵和k个后端支路，每个后端支路包括一个幅相控制芯片和一个低噪放；每个输入支路具有一个输入端口，每个后端支路具有一个输出端口；从输入端口输入的信号a经过本输入支路第一低噪放后分为两路信号b，每路信号b通过开关选通进入本输入支路的多入多出滤波器组开关矩阵，经过高通或低通滤波后输出k路信号c，每路信号c分为两路信号d，每路信号d经过一个本输入支路的第二低噪放后进入一个极化匹配芯片，来自于同一路信号c的两路信号d分别进入不同输出支路的极化匹配芯片中，每个极化匹配芯片接收且仅接收两个来自于不同输入支路的信号d，极化匹配芯片的输出信号通过开关选通进入本输出支路的多入多出滤波器组开关矩阵，经过高通或低通滤波后输出给本输出支路的一个后端支路，后端支路通过输出端口输出信号e；每一基本射频模块单元的2k个输出端口均与2k个波束合成网络一一对应连接，每一波束合成网络将来自于基本射频模块单元的信号e合成为波束后对外输出。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种双频极化可调多波束射频组件，其特征在于，所述多入多出滤波器组开关矩阵具有k个低通滤波器选通路和k个高通滤波器选通路。

3.根据权利要求1所述的一种双频极化可调多波束射频组件，其特征在于，所述极化匹配芯片包括两个支路和一个功分器，两个支路的输入信号分别经过各自支路上移相器、衰减器和低噪放芯片的依次处理后，通过功分器进行合成并对外输出。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及相控阵天线技术领域，特别是指一种双频极化可调多波束射频组件。

背景技术

目前，常见的双频极化可调多波束射频组件的设计方式主要有以下几种：

1、高低频分别通过不同的射频支路实现。这种设计的理念较为简单，易于实现，在电气射频、物理结构、应用功能和各类接口上相对独立。但是，这类设计方法对射频模块的物理尺寸要求高，每一频段的射频支路设计必须要独立的物理空间给与保证才能实现相应的电气性能，且外部接口关系复杂，不利于后端的射频集成。

2、不同极化信号通过不同的射频支路进行设计。这种设计思路简单易行，减少了后端射频支路的极化匹配压力，但对天线的电气要求较高，不同的天线极化形式需要通过不同的天线结构来实现，每一种形式的天线所占的空间很少，不利于天线的优化设计，特别是不满足于极化需要进行不断调整的应用场合中。

3、将多个波束进行多个通道集成设计。该方式将每一个通道分为多个子通道，每个子通道实现不同的波束功能，这样设计的好处是所需的体积较小，集成化程度较高，但天线波束的极化特性灵活性不够，且通道之间的隔离度需要精心设计，特别是对于频段相差较大的多频应用场合，这类设计产生的波束正交性相对较差。

可见，现有技术中的各类双频极化可调多波束射频组件在实现方式及使用效果上还存在各种问题，尚有改进的空间。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种双频极化可调多波束射频组件，该射频组件结构简单，可根据实际工作需求进行极化匹配，形成所需的任意线极化或者圆极化。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种双频极化可调多波束射频组件，其包括多个基本射频模块单元和2k个波束合成网络，k≥1，所述基本射频模块单元包括两个输入支路以及两个输出支路，所述输入支路包括一个第一低噪放、一个多入多出滤波器组开关矩阵和2k个第二低噪放，所述输出支路包括k个极化匹配芯片、一个多入多出滤波器组开关矩阵和k个后端支路，每个后端支路包括一个幅相控制芯片和一个低噪放；每个输入支路具有一个输入端口，每个后端支路具有一个输出端口；从输入端口输入的信号a经过本输入支路第一低噪放后分为两路信号b，每路信号b通过开关选通进入本输入支路的多入多出滤波器组开关矩阵，经过高通或低通滤波后输出k路信号c，每路信号c分为两路信号d，每路信号d经过一个本输入支路的第二低噪放后进入一个极化匹配芯片，来自于同一路信号c的两路信号d分别进入不同输出支路的极化匹配芯片中，每个极化匹配芯片接收且仅接收两个来自于不同输入支路的信号d，极化匹配芯片的输出信号通过开关选通进入本输出支路的多入多出滤波器组开关矩阵，经过高通或低通滤波后输出给本输出支路的一个后端支路，后端支路通过输出端口输出信号e；每一基本射频模块单元的2k个输出端口均与2k个波束合成网络一一对应连接，每一波束合成网络将来自于基本射频模块单元的信号e合成为波束后对外输出。

具体的，所述多入多出滤波器组开关矩阵具有k个低通滤波器选通路和k个高通滤波器选通路。

具体的，所述极化匹配芯片包括两个支路和一个功分器，两个支路的输入信号分别经过各自支路上移相器、衰减器和低噪放芯片的依次处理后，通过功分器进行合成并对外输出。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1、本实用新型将高低频不同频段集成，在一个射频模块内实现，具有空间小，功能复合、结构紧凑的特点。

2、本实用新型将多个极化进行集成，可实现多个极化应用的匹配和调整，减少了对外部的接口数量。

3、本实用新型将多个波束进行集成，可实现不同频段不同波束的形成，其应用广泛，可以满足多种电子信息应用场合。

总之，本实用新型充分考虑了模块设计的功能实现多样化，既实现了频率的选择和极化匹配，又对不同的射频模块进行选择和固定多模式设计，提高了系统的功能兼容性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中双频极化可调多波束射频组件的结构框图。

图2是图1中基本射频模块单元的结构框图。

图3是图2中极化匹配芯片的结构框图。

图4是图2中滤波器组开关矩阵的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

参照图1和2所示，一种双频极化可调多波束射频组件，其包括多个基本射频模块单元和4个波束合成网络，所述基本射频模块单元包括两个输入支路以及两个输出支路，所述输入支路包括一个第一低噪放、一个多入多出滤波器组开关矩阵和4个第二低噪放，所述输出支路包括2个极化匹配芯片、一个多入多出滤波器组开关矩阵和2个后端支路，每个后端支路包括一个幅相控制芯片和一个低噪放；每个输入支路具有一个输入端口，每个后端支路具有一个输出端口；从输入端口输入的信号a经过本输入支路第一低噪放后分为两路信号b，每路信号b通过开关选通进入本输入支路的多入多出滤波器组开关矩阵，经过高通或低通滤波后输出2路信号c，每路信号c分为两路信号d，每路信号d经过一个本输入支路的第二低噪放后进入一个极化匹配芯片，来自于同一路信号c的两路信号d分别进入不同输出支路的极化匹配芯片中，每个极化匹配芯片接收且仅接收两个来自于不同输入支路的信号d，极化匹配芯片的输出信号通过开关选通进入本输出支路的多入多出滤波器组开关矩阵，经过高通或低通滤波后输出给本输出支路的一个后端支路，后端支路通过输出端口输出信号e；每一基本射频模块单元的4个输出端口均与4个波束合成网络一一对应连接，每一波束合成网络将来自于基本射频模块单元的信号e合成为波束后对外输出。

具体的，如图4所示，所述多入多出滤波器组开关矩阵具有2个低通滤波器选通路和2个高通滤波器选通路。

具体的，如图3所示，所述极化匹配芯片包括两个支路和一个功分器，两个支路的输入信号分别经过各自支路上移相器、衰减器和低噪放芯片的依次处理后，通过功分器进行合成并对外输出。

该双频极化可调多波束射频组件具有可靠紧凑的特点，可满足不同极化不同频率等多个模式的波束成形，为整个系统的波束灵活性提供了可应用的技术路线。

该双频极化可调多波束射频组件的工作原理如下：

射频组件中，每一个基本射频模块单元均具有两路射频通道，每一路射频通道分别连接天线端的水平和垂直或者左旋圆和右旋圆极化信号。每一路极化信号首先进行低噪放芯片进行放大，并通过功分器进行等功分或者不等功分的信号分配，并通过开关进行滤波器组芯片开关矩阵的选择，可选择模式有两路低通滤波器和两路高通滤波器，即可任意形成4路低频信号或者4路高频信号或者2路低频信号和2路高频信号。另外一路的极化信号流程与之类似，开关选择的方式也与之相同。

不同极化的信号选择完开关后，再进一步的进行信号分配和信号放大，分别进入各自的极化匹配芯片，在极化匹配芯片中，通过两路信号的幅度、相位等调整，可形成一路所需极化的信号，该信号进一步选择滤波器组芯片开关矩阵，该选择方式与前面的滤波器组芯片开关矩阵的选择必须一致。而后该信号通过幅相控制芯片进行信号的幅度和相位的控制，放大后与其他射频基本单元中相同链路的信号进行信号合成，最终形成一路所需极化所需频率所需指向的波束。

本实用新型主要针对高低频不同频段的多波束应用需求。其在物理层面，将高低频集成在一个射频模块内。本实用新型可通过开关选择模块内部的滤波器组开关矩阵芯片的通道，实现低频2个波束、高频2个波束或者低频4个波束或者高频4个波束等多个工作模式。对于不同极化工作的需求，可通过基本射频模块单元内部的极化匹配芯片进行极化调整。在基本射频模块单元的外部，主要采用双极化天线单元进行极化匹配，其信号具有正交性。这样的设计充分考虑了系统设计的功能多样化，既可以针对多波束工作需求对射频链路内部的构架进行增减芯片，简化了设计难度，又可以根据实际工作需求对其极化进行匹配，形成所需的任意线极化或者圆极化。总之，该实用新型适用于卫星通信领域的相控阵天线或子阵级数字阵中，特别适用于一副天线实现多星通信的用途中。

设计图

一种双频极化可调多波束射频组件论文和设计

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