一种高隔离度双波束星载收发组件
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410032810.9 | 申请日 | 2024-01-10 |
| 公开(公告)号 | CN117914402A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 中国电子科技集团公司第二十研究所; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 王露莹; 刘卫强; 李宝洋; 王伊; 韩博; 吕苗; 张耀中; | 第一发明人 | 王露莹 |
| 权利人 | 中国电子科技集团公司第二十研究所 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 中国电子科技集团公司第二十研究所 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：陕西省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：陕西省西安市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：陕西省西安市雁塔区白沙路1号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：710068 |
| 主IPC国际分类 | H04B10/118 | 所有IPC国际分类 | H04B10/118 ; H04B10/40 ; H04B10/297 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 9 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 工业和信息化部电子专利中心 | 专利代理人 | 袁鸿; |
| 摘要 | 本 申请 公开了一种高隔离度双波束星载收发组件，收发组件包括多个收发通道，任一收发通道包括收发支路和接收支路；任一收发通道的发射支路和接收支路共用顺序设置的预选 滤波器 、环形器、低噪放功放收发模 块 、收发放大模块；收发支路还包括相互连接的第一数控 移相器 、第一低噪放，第一数控移相器通过 开关 与收发放大模块连接，第一低噪放连接至收发业务口；接收支路还包括相互连接的第二数控移相器、第二低噪放，第二数控移相器与收发放大模块连接，第二低噪放连接至接收备份口。本申请的收发组件能够在满足当前星载 相控阵 天线发展需求的前提下，实现星用射频收发组件高隔离度、高集成度、高可靠性的特性。 | ||
| 权利要求 | 1.一种高隔离度双波束星载收发组件，其特征在于，所述收发组件包括多个收发通道，任一收发通道包括收发支路和接收支路； |
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| 说明书全文 | 一种高隔离度双波束星载收发组件技术领域[0001] 本申请涉及雷达通信技术领域，尤其涉及一种高隔离度双波束星载收发组件。 背景技术[0002] 有源相控阵广泛应用于雷达领域和通信领域。有源相控阵系统每个辐射单元均配有单独的射频收发通道，各个通道之间相互独立的发射或接收电磁波。一个或多个射频收发通道组成一个射频收发组件，每个通道均含有移相器，可以独立控制该通道的相位，不同通道之间的相位合成为空间某一方向的波束。 [0003] 目前国内外的星载收发组件发射和接收均为单波束，不具备高隔离度设计，可靠性低且易受外界信号干扰。随着卫星系统数字通信体制的快速发展，针对射频前端收发组件的要求也越来越高，研制具有高隔离度、双波束的星载收发组件具有重要意义。 [0004] 现有星载收发组件射频芯片数量多，芯片串联级数高导致可靠性降低、装配复杂、影响生产效率；现有星载收发组件接收和发射均为单波束，在空间工作时，如果超过一定比例的通道出现故障，则会直接导致相控阵性能降低或失效；现有星载收发组件不具备在载荷平台的高电磁兼容性、超低杂散功率谱密度设计，多个频点相近的设备同时工作时易造成相互干扰；现有收发组件大功率低噪放功放收发模块的安装方式多采用烧结的方式，可拆卸性较低，返修性较差。发明内容 [0005] 本申请实施例提供一种高隔离度双波束星载收发组件，解决现有星载收发组件装配复杂、可靠性低、隔离度低、无备份的问题，在满足当前星载相控阵天线发展需求的前提下，实现星用射频收发组件高隔离度、高集成度、高可靠性的特性，达到载荷在轨运行期间稳定、可靠的目的。 [0006] 本申请实施例提供一种高隔离度双波束星载收发组件，所述收发组件包括多个收发通道，任一收发通道包括收发支路和接收支路； [0007] 所述任一收发通道的发射支路和接收支路共用顺序设置的预选滤波器、环形器、低噪放功放收发模块、收发放大模块； [0009] 所述接收支路还包括相互连接的第二数控移相器、第二低噪放，所述第二数控移相器与所述收发放大模块连接，所述第二低噪放连接至接收备份口。 [0010] 可选的，所述收发组件的各个模块均采用SIP封装，以将多个芯片集成在一个金属管壳内。 [0011] 可选的，所述第一低噪放包含两个开关，一个低噪放芯片，所述收发支路包括接收路径和发射路径，其中低噪放芯片设置在所述收发支路的接收路径中，用以对接收信号进行放大，通过两个开关对所述收发支路的接收路径和发射路径的状态进行切换； [0012] 所述第二低噪放的输入端口、输出端口分别与第二数控移相器和接收备份口相连，所述第二低噪放包括顺序设置的固定衰减器和低噪放芯片。 [0013] 可选的，所述收发放大模块包括收发模块，所述收发模块的输入、输出端口分别与所述低噪放功放收发模块和两路数控移相器相连； [0014] 所述收发模块包括接收路径和发射路径，所述收发模块的接收路径中顺序设置有固定衰减器、低噪声放大器芯片和功分器，所述功分器用以将接收总路的信号一分为二，并分别传输至收发支路和接收支路的数控移相器，所述收发模块的发射路径中包括一个驱动放大器； [0015] 所述收发模块还设置有开关，以通过所述收发模块的开关对收发控制进行切换。 [0016] 可选的，所述低噪放功放收发模块的接收路径包括一个限幅器和一个低噪放，发射路径包括一个大功率功放，所述低噪放功放收发模块的输入输出口分别与所述环形器和所述收发放大模块相连。 [0017] 可选的，所述收发组件包括两部分，其中第一部分包括与收发组件数量相同的第一模块，所述第一模块包括环形器、低噪放功放收发模块、SIP模组及相关印制板，所述第一模块由各功能芯片集成的SIP模组表贴在印制板表面，第二部分为与收发组件数量相同的预选滤波器，所述预选滤波器与所述第一模块通过半钢线缆连接。 [0019] 所述收发支路的端口的连接器采用SMA接头； [0020] 所述接收支路的端口的连接器采用SMA接头。 [0021] 可选的，所述收发组件的收发通道之间的低噪放功放收发模块和环形器位置进行分腔，并通过T型盖板隔离信号串扰； [0022] 所述T型盖板的底部开设有两个拱形，以通过两个拱形传输信号。 [0023] 可选的，所述收发组件的任一个收发通道输出口设置有一个腔体滤波器。 [0024] 本申请实施例的星载收发组件，能够在满足当前星载相控阵天线发展需求的前提下，实现星用射频收发组件高隔离度、高集成度、高可靠性的特性，达到载荷在轨运行期间稳定、可靠的目的。 [0025] 上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。附图说明 [0026] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中： [0027] 图1为本申请实施例收发组件的单收发通道的原理示例； [0028] 图2为本申请实施例收发组件的第一低噪放的链路原理示例； [0029] 图3为本申请实施例收发组件的第二低噪放的链路原理示例； [0030] 图4为本申请实施例收发组件的收发放大模块的链路原理示例； [0031] 图5为本申请实施例收发组件的低噪放功放收发模块的链路原理示例； [0032] 图6为本申请实施例收发组件的结构示例； [0033] 图7为本申请实施例收发组件的内部结构示例； [0034] 图8为本申请实施例收发组件的低噪放功放收发模块安装示例； [0035] 图9为本申请实施例收发组件的T型盖板示例。 具体实施方式[0036] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。 [0037] 现有星载收发组件单通道由多种射频芯片和控制芯片组成，芯片种类多导致故障率高，可靠性低；本申请旨在提供一种大功率高集成度星载收发组件的设计及实现方法，采用模块化SIP设计思路，将不同功能的射频器件和控制器件集成于同一金属管壳内，大幅度提高了收发组件的集成度和可靠性。 [0038] 现有星载收发组件批生产多采用金丝键合、焊接、烧结等多种工艺手段，生产过程复杂且效率低下；本申请旨在提供一种大功率高集成度星载收发组件的设计及实现方法，多个芯片集成在一个金属管壳内提高组件集成度，生产过程采用回流焊、烧结的工艺手段，提高了生产效率。 [0039] 现有星载收发组件的收发通道包含一个接收通道和一个发射通道，当载荷在轨运行时，某一通道出现故障则会影响载荷工作状态，可靠性降低；本申请旨在提供一种大功率高集成度星载收发组件的设计及实现方法，接收通道采用了双备份设计，每一个单元通道均有2路接收模式，可实现接收通道的同时双波束和双备份。 [0040] 现有星载收发组件的功放芯片多烧结于结构件，可维修性较差；本申请旨在提供一种大功率高集成度星载收发组件的设计及实现方法，大功率低噪放功放收发模块和结构件之间的安装固定采用螺装的安装方式，螺钉从结构件背面固定低噪放功放收发模块，背拉的安装方式既提高了组件的可维修性，又保证了良好散热。 [0041] 现有星载收发组件的单通道输出口未考虑电磁兼容设计，不适用于载荷平台的多设备同时工作；本申请旨在提供一种大功率高集成度星载收发组件的设计及实现方法，单通道采用腔体滤波器进行滤波，减少工作带宽外的信号对收发组件干扰以及收发组件的杂散和谐波对其它设备的干扰。 [0042] 本申请旨在提供一种大功率高集成度星载收发组件的设计及实现方法，为了避免发射通道的大功率信号泄漏到接收通道，采用了物理隔离设计抗干扰，各通道之间在末级大功率信号的位置进行分腔设计，低噪放功放收发模块和环形器顶部设计有小盖板，大功率信号通过拱桥门传输，避免信号间的串扰。 [0043] 本申请旨在提供一种大功率高集成度星载收发组件的设计及实现方法，星载收发组件具备抗辐照性能，能满足星用环境条件。选用的射频芯片均采用GaAs、GaN工艺，具备天然抗辐照性能，控制芯片选用有飞行经历的宇航级芯片，结构件厚度超过3mm。 [0044] 具体的，本申请实施例提供一种高隔离度双波束星载收发组件，所述收发组件包括多个收发通道，如图1所示，任一收发通道包括收发支路和接收支路(接收备份支路)。 [0045] 所述任一收发通道的发射支路和接收支路共用顺序设置的预选滤波器、环形器、低噪放功放收发模块、收发放大模块； [0046] 所述收发支路还包括相互连接的第一数控移相器、第一低噪放，所述第一数控移相器通过开关与所述收发放大模块连接，所述第一低噪放连接至收发业务口； [0047] 所述接收支路还包括相互连接的第二数控移相器、第二低噪放，所述第二数控移相器与所述收发放大模块连接，所述第二低噪放连接至接收备份口。 [0048] 在一些具体示例中，收发组件单通道的工作模式为发射一路(收发支路)，接收两路(收发支路和接收备份支路)，收发通道通过开关进行收发控制切换。本申请后续实施例以收发组件包括4个收发通道为例进行举例说明。收发组件处于发射状态时，射频信号通过功分器芯片分为4路发射信号，4路发射信号经过驱放、低噪放功放收发模块、环形器、滤波器后输出。接收状态时，射频信号经过滤波器、环形器、移相器、低噪声放大器放大后，经过一分四功分器合成一路射频信号发送给后端模块进行处理。 [0049] 本申请所选用的射频器件均采用GaAs、GaN工艺，具备天然抗辐照性能，所选用的控制芯片均为有在轨飞行经历的芯片，从而满足收发组件星用的条件要求。 [0050] 如图1所示，单收发通道包含一路收发业务路(收发支路)，一路接收备份路(接收支路)。发射时，一路射频信号进入收发业务路，经过低噪放1放大、数控移相器进行相位控制后，通过射频开关进入收发放大模块，经低噪放功放收发模块后饱和输出，放大后的信号经过环形器、预选滤波器后输出。接收时，一路射频低功率信号经过预选滤波器、环形器后进入到低噪放功放收发模块，信号经限幅低噪放放大器放大后进入收发放大模块二次放大，并经功分器一分为二后进入两个支路移相器、低噪放，分别从收发业务路端口和接收备份路端口输出，本申请的收发组件通过接收支路双备份设计，可以同时实现接收双波束和双备份。 [0051] 本申请实施例的星载收发组件，能够在满足当前星载相控阵天线发展需求的前提下，实现星用射频收发组件高隔离度、高集成度、高可靠性的特性，达到载荷在轨运行期间稳定、可靠的目的。 [0052] 在一些实施例中，所述收发组件的各个模块均采用SIP封装，以将多个芯片集成在一个金属管壳内。将多个芯片集成在一个金属管壳内提高组件集成度并简化装配难度。 [0053] 在一些实施例中，如图2所示，所述第一低噪放包含两个开关，一个低噪放芯片，所述收发支路包括接收路径和发射路径，其中低噪放芯片设置在所述收发支路的接收路径中，用以对接收信号进行放大，通过两个开关对所述收发支路的接收路径和发射路径的状态进行切换； [0054] 如图3所示，所述第二低噪放的输入端口、输出端口分别与第二数控移相器和接收备份口相连，所述第二低噪放包括顺序设置的固定衰减器和低噪放芯片，通过固定衰减器来匹配第一低噪放1中的两个放大器插损，从而保证第一低噪放和第二低噪放的SIP模块接收路增益一致。 [0055] 如图4所示，所述收发放大模块包括收发模块，所述收发模块的输入、输出端口分别与所述低噪放功放收发模块和两路数控移相器相连。 [0056] 所述收发模块包括接收路径和发射路径，所述收发模块的接收路径中顺序设置有固定衰减器、低噪声放大器芯片和功分器，所述功分器用以将接收总路的信号一分为二，并分别传输至收发支路和接收支路的数控移相器，所述收发模块的发射路径中包括一个驱动放大器； [0057] 所述收发模块还设置有开关，以通过所述收发模块的开关对收发控制进行切换。 [0058] 如图5所示，所述低噪放功放收发模块的接收路径包括一个限幅器和一个低噪放，发射路径包括一个大功率功放，保证发射的输出功率达到25W。所述低噪放功放收发模块的输入输出口分别与所述环形器和所述收发放大模块相连。在具体实施中，各模块内部的芯片通过金丝键合互联，芯片按照信号流向排列在金属管壳内，芯片的接口与金属管壳的引脚一一对应。 [0059] 在一些实施例中，如图6、图7所示，所述收发组件包括两部分，其中第一部分包括与收发组件数量相同的第一模块1，所述第一模块包括环形器11、低噪放功放收发模块、SIP模组及相关印制板，所述第一模块由各功能芯片集成的SIP模组表贴在印制板表面，第二部分为与收发组件数量相同的预选滤波器，所述预选滤波器与所述第一模块通过半钢线缆连接。一些示例中，例如4个收发通道，则第一部分为包含4个收发通道的第一模块1，第二部分则包含4个预选滤波器2，第一模块1和预选滤波器2通过半钢线缆3相连。 [0060] 在一些实施例中，所述收发组件外部包括作为电信号输入口的第一微矩形接口，作为控制信号输入口的第二微矩形接口； [0061] 所述收发支路的端口的连接器采用SMA接头；所述接收支路的端口的连接器采用SMA接头。具体的，连接器6采用SMA接头，为收发业务路端口，连接器7采用SMA接头，为接收备份路端口，连接器8采用SMA接头，共有4个口，分别与对应的天线端口相连，射频信号经过该端口馈入天线单元。当收发组件处于发射状态时，射频激励信号通过连接器6进入组件，信号经放大器、移相器、功放、滤波器等器件后馈入天线单元；当组件处于接收状态时，经天线接收的小射频信号进入收发组件的连接器8，信号经滤波器、放大器、移相器等器件后分别从连接器6和连接器7输出。 [0062] 如图7所示，第一模块1的内部，由印制板9，低噪放功放收发模块10，环形器11，环形器底部的印制板12，SIP模组13组成。由各功能芯片集成的SIP模组表贴在印制板表面，表贴完成后的印制板经测试后放置于结构件中，用螺钉与结构件固定。低噪放功放收发模块放置于结构件的凹槽中，螺钉从结构件背面固定低噪放功放收发模块，其中6个引脚需与印制板焊接，2个引脚需要与环形器底部印制板的微带线焊接。如图8所示，低噪放功放收发模块和结构件之间属于紧配合，放置低噪放功放收发模块的凹槽侧壁与模块间距仅有0.1mm，从而保证各焊接引脚与焊盘对正无偏移。低噪放功放收发模块紧密贴合结构件，低噪放功放收发模块底部开有螺纹盲孔，结构件开有沉孔，螺钉从盒体背面穿入将低噪放功放收发模块拉紧贴合在盒体内壁，从而保证良好散热。 [0063] 在一些实施例中，采用物理隔离设计抗干扰，所述收发组件的收发通道之间的低噪放功放收发模块和环形器位置进行分腔，并通过T型盖板隔离信号串扰； [0064] 所述T型盖板的底部开设有两个拱形，以通过两个拱形传输信号。 [0065] 如图9所示，为第一模块1内部的示意，在环形器和低噪放功放收发模块之间安装一个带两个拱形桥的T型盖板，T型盖板和各通道间的腔体壁形成了一个屏蔽层，隔离了干扰信号，T型盖板底部的两个拱形桥用来传输有用信号。 [0066] 由于载荷平台设备越来越多，各设备间的间距越来越小，为了满足更高的电磁兼容性要求，达到极低杂散功率谱密度要求，在一些实施例中，所述收发组件的任一个收发通道输出口设置有一个腔体滤波器。通过腔体滤波器在保证有用信号无损耗的前提下对相邻频点的干扰信号、带外杂散信号均有较高抑制度，减少工作带宽外的信号对收发组件干扰以及收发组件的杂散和谐波对其它设备的干扰。 [0067] 与现有技术相比，本申请的收发组件具有以下优点：基于模块化SIP技术，克服了现有收发组件多级芯片级联导致的装配复杂问题，提高了生产效率，同时实现了低噪放功放收发模块的便拆装性；接收路设计为双波束，弥补了收发组件在空间工作时，某些通道失效造成的性能降低问题，提高了组件可靠性；解决了多设备在同一平台工作时互相干扰的电磁兼容性问题，实现了各设备间的高隔离度，满足了当前星载相控阵天线的发展需求，实现星用射频收发组件高隔离度、高可靠性、便拆装性的特性。 [0068] 需要说明的是，在本申各实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。 [0069] 上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。 [0070] 上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。 |
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