专利名称：一种可在轨重构的星载多波束相控阵天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子通信技术领域，特别涉及一种可在轨重构的星载多波束相控阵天 线。
背景技术：
星载天线是卫星有效载荷的重要组成部分，对整个卫星通信系统的性能有着极其 重要的影响。上世纪九十年代，多波束相控阵天线技术开始用于通信卫星，其具有损耗低、 可大角度动态扫描等优点。而且，利用阵列天线的空间分集效果容易在地球表面实现多波 束覆盖，从而提高天线的增益。此外，通过波束间的频率复用，还可以极大地提高卫星通信 系统的用户容量。因此，许多卫星星座系统都采用了多波束相控阵天线技术，如全球星、铱 星系统。多波束相控阵天线中波束形成的基本思路是控制阵列天线各馈点的幅度和相位， 可通过射频端的馈电网络实现模拟波束形成，或者通过数字域处理在基带或中频实现数字 波束形成。在模拟波束形成中，一旦波束形成方案确定后，波束形状、相邻波束的相交电平 和波束指向等便固定了，不容易改动。而且，当需要的波束数目较多时(几十个或上百个)， 波束形成模块的实现将变得十分复杂且难以调整，要形成低副瓣电平的多波束或实现自适 应控制更为困难。与此相对，数字波束形成具有不漂移、不老化、工作可靠、可自检、可编程、 精度高(动态范围和处理精度仅受模数转换器取样位数的限制)等一系列优点，近年来受 到了广泛关注。现在，数字波束形成(DBF)技术已经开始应用于静止轨道的大型通信卫星。目前，许多应用卫星设计寿命可以达10年以上，而用户数量及业务需求却以日新 月异的速度在变化，这对卫星载荷及天线系统提出了可在轨重构的技术要求。例如，卫星 在轨运行某一时段，某一波束覆盖区内用户特别多(特别是中低轨卫星境内外波束覆盖区 的用户数量相差非常大)，为了保持通信质量，需要调整波束的通信带宽或信号强度，满足 卫星的通信要求。此外，一些特殊的应用场景(例如，我方卫星受到敌方某一区域的恶意干 扰、在地震或洪涝等救灾中关注受灾地区、相控阵天线某射频通道失效、由器件温度漂移老 化导致波束指向不准等)也要求相控阵天线实现在轨重构，重新修改卫星的波束指向、功 率分配等波束覆盖参数。总之，可在轨重构技术能够让在轨卫星通过动态重构，采用最新 的技术成果和最优化的波束形成网络，提高天线系统的指标参数(例如增益、等通量密度 等)。日新月异的卫星业务需求使得可在轨重构技术的研究对卫星通信技术发展和提高系 统稳定性具有重要的现实意义。此外，可在轨重构技术在节省通信系统硬件成本和提高系 统灵活性方面也有很大的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在轨重构的星载多波束相控阵天线，当卫星在轨运 行时仍能在轨重构星载多波束相控阵天线，实现其波束指向、增益以及覆盖范围等重要波 束指标的灵活更改。
本发明提供一种可在轨重构的星载多波束相控阵天线，其包括数字波束形成模 块，通过改变所述数字波束形成模块的配置信息，可实现所述星载多波束相控阵天线所需 的波束指标，其中，所述星载多波束相控阵天线还包括重构控制模块，所述重构控制模块具 有通信接口单元，该通信接口单元与星载计算机进行通信，以接收所述星载计算机 发送来的数字波束形成模块的配置信息；配置存储单元，该配置存储单元与所述通信接口单元连接，用于存储新接收的数 字波束形成模块的配置信息；重构控制单元，该重构控制单元与所述配置存储单元连接，用于将所述配置存储 单元中存储的数字波束形成模块的配置信息以所述数字波束形成模块可接受的重构格式 和时序注入到所述数字波束形成模块。在上述可在轨重构的星载多波束相控阵天线中，所述数字波束形成模块采用FPGA
-H-· I I心片。在上述可在轨重构的星载多波束相控阵天线中，所述重构控制模块还包括状态监 控单元，所述状态监控单元监控所述数字波束形成模块的工作状态和重构配置状态。在上述可在轨重构的星载多波束相控阵天线中，所述状态监控单元若检测到所述 数字波束形成模块在工作状态和重构配置状态时出错，则发出错误状态信息给所述重构控 制单元，以使所述重构控制单元执行重构动作。与现有技术相比，本发明提供的一种可在轨重构的星载多波束相控阵天线具有以 下优点1、本发明提出的可在轨重构的星载多波束相控阵天线能在轨对波束指向、增益以 及覆盖范围等波束指标进行动态重构，这对卫星新技术发展和新业务应用，以及进一步提 高通信卫星的用户容量和频率、能源利用效率具有重要的现实意义；2、本发明提出的新颖的可在轨重构式设计思路，其配置信息可以通过卫星通信链 路重新上载上传，而不是简单的上电重启时重构，因此配置内容具有更大的灵活性，重构的 操纵手段也更加多样、方便。可在轨重构设计能缩短星载相控阵天线的研发周期，提高卫星 通信系统的可靠性与灵活性，进一步降低了系统升级的成本。3、本发明基于数字波束形成方式和其可编程门阵列(FPGA)的硬件结构提出了重 构控制模块，能灵活实现数字波束形成模块的配置，具有较高的可靠性，而且整个配置流程 和波束形成模块的工作状态均是可监控的，安全性较强。
图1为本发明的可在轨重构的星载多波束相控阵天线的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
作 进一步的说明。请参阅图1，图1显示了本发明的可在轨重构的星载多波束相控阵天线的结构示 意图。图1中，该星载多波束相控阵天线包括数字波束形成模块1、多通道射频前端模块2、阵列天线模块3以及重构控制模块4。其中，前三个模块为普通多波束相控阵天线的传统 组成部件，重构控制模块4是为实现本发明的可在轨重构功能而另外设计的。下面结合图 1描述各个模块的功能和结构。
权利要求
一种可在轨重构的星载多波束相控阵天线，其包括数字波束形成模块，通过改变所述数字波束形成模块的配置信息，可实现所述星载多波束相控阵天线所需的波束指标，其特征在于，所述星载多波束相控阵天线还包括重构控制模块，所述重构控制模块具有通信接口单元，该通信接口单元与星载计算机进行通信，以接收所述星载计算机发送来的数字波束形成模块的配置信息；配置存储单元，该配置存储单元与所述通信接口单元连接，用于存储新接收的数字波束形成模块的配置信息；重构控制单元，该重构控制单元与所述配置存储单元连接，用于将所述配置存储单元中存储的数字波束形成模块的配置信息以所述数字波束形成模块可接受的重构格式和时序注入到所述数字波束形成模块。
2.如权利要求1所述的可在轨重构的星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述数字 波束形成模块采用FPGA芯片。
3.如权利要求1所述的可在轨重构的星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述重构 控制模块还包括状态监控单元，所述状态监控单元监控所述数字波束形成模块的工作状态 和重构配置状态。
4.如权利要求3所述的可在轨重构的星载多波束相控阵天线，其特征在于，所述状态 监控单元若检测到所述数字波束形成模块在工作状态和重构配置状态时出错，则发出错误 状态信息给所述重构控制单元，以使所述重构控制单元执行重构动作。
全文摘要
本发明公开了一种可在轨重构的星载多波束相控阵天线，其包括数字波束形成模块，通过改变数字波束形成模块的配置信息，可实现星载多波束相控阵天线所需的波束指标，其中，星载多波束相控阵天线还包括重构控制模块，重构控制模块具有通信接口单元，其与星载计算机进行通信，以接收星载计算机发送来的数字波束形成模块的配置信息；配置存储单元，其与通信接口单元连接，用于存储新接收的数字波束形成模块的配置信息；重构控制单元，其与配置存储单元连接，用于将配置存储单元中存储的数字波束形成模块的配置信息以数字波束形成模块可接受的重构格式和时序注入到数字波束形成模块。
文档编号H01Q1/28GK101964448SQ20101026701
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者余金培, 刘会杰, 梁广, 龚文斌 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所