本發明涉及低軌衛星無線通信，具體涉及一種基于多層混壓板技術的手機直連s頻段相控陣射頻系統。
背景技術：
1、在5g商用深化與6g技術前瞻布局的大背景下，s頻段星載天線射頻系統因具備較強的信號穿透能力和覆蓋優勢，已成為手機直連衛星通信系統的核心關鍵要素。其基本原理是通過多個天線單元組成的陣列，利用波束成形網絡控制各通道的幅度與相位，實現波束的快速電掃描與賦形，從而保障低軌衛星與地面普通移動終端之間的穩定通信鏈路。因此，射頻系統的小型化集成度、校準精度以及數模混合設計，是決定天線性能與工程實用性的關鍵因素。然而，目前s頻段星載天線射頻系統在工程應用中仍存在以下三個方面的技術問題：
2、（1）小型化集成度不足：傳統設計方案采用分立器件或模塊裝配集成方式，導致組件體積龐大、重量偏高，難以滿足低軌衛星輕量化、扁平化的載荷要求。此外，器件間的互聯路徑較長，易引發嚴重的信號衰減與電磁串擾，功率利用率偏低，限制系統工作帶寬與功率效率。
3、（2）校準精度低且一致性差：現有校準鏈路多采用外置切換開關與獨立校準功分網絡，切換開關部署于tr模塊外部，引入額外插損和路徑長度差異，導致收發鏈路與校準鏈路之間的相位、幅度一致性難以保證；同時，外置功分網絡與主射頻饋電網絡各自獨立，兩者阻抗匹配與分配均勻性難以協同優化，因此校準精度受限，無法滿足s頻段高精度波束賦形需求。
4、（3）缺少合理的數模混合設計方案：射頻組件部分與數字基帶部分多采用分體設計，分散部署于多個pcb板，板間通過連接器互聯，引入信號延遲與阻抗不匹配問題。即使采用分層pcb布局，僅依賴隔離地層，未系統化設計專用的高低頻混壓板架構，與針對性屏蔽設計，射頻與數字區域隔離效果差，易產生電磁干擾，難以同時滿足s頻段射頻信號低插損傳輸與數字信號高穩定性的雙重需求。
5、綜上所述，s頻段星載相控陣射頻系統在小型化集成度、校準精度以及數模混合設計方面存在明顯技術問題，亟需新的技術方案予以突破。
技術實現思路
1、針對上述問題，本發明的目的是提出一種基于多層混壓板技術的手機直連s頻段相控陣射頻系統。在單通道射頻組件的包絡尺寸限定在60×50×8mm的情況下，將微波收發鏈路、高精度校準支路及數字控制電路一體化集成，實現多通道復用與組件小型化輕量化設計，適配s頻段低軌衛星工程化應用。
2、所述相控陣射頻系統采用垂直分層的組裝結構，自下而上依次設置：外殼結構件、射頻多層混壓板以及天線陣面；
3、外殼結構件與射頻多層混壓板之間剛性固定，外殼結構件為射頻多層混壓板提供電磁屏蔽層及物理支撐；
4、射頻多層混壓板，內部集成數字基帶模塊、電源轉換模塊、校準功分網絡以及若干單通道射頻組件；
5、每個單通道射頻組件，內置射頻模塊sip、電源模塊sip、射頻pa、1號發射濾波器以及1號接收濾波器；
6、射頻模塊sip，內置驅動放大器、2號發射濾波器、1號開關、3號開關、2號開關、1號低頻噪聲放大器、2號接收濾波器以及2號低頻噪聲放大器；
7、天線陣面，用于實現射頻信號的輻射與接收，天線陣面底部焊接有射頻連接器，能夠與下層射頻多層混壓板實現電氣互聯。
8、進一步，所述射頻多層混壓板縱向采用垂直分層架構，自下而上依次設置核心數控層和核心射頻層，核心數控層和核心射頻層通過半固化片以及二次壓合工藝連接，射頻多層混壓板內部設置有隔離地平面；
9、所述核心數控層承載數字基帶元器件與電源轉換元器件的互聯網絡；
10、所述核心射頻層內集成有校準功分網絡及射頻信號走線，射頻信號走線周圍均布局等間距屏蔽孔，以形成電磁屏蔽。
11、進一步，所述射頻多層混壓板橫向采用分區對稱結構，以數字基帶模塊和電源轉換模塊為中心，兩側對稱分布若干單通道射頻組件；
12、每個單通道射頻組件的尺寸為60×50×8mm，每個單通道射頻組件內的模塊，均采用表貼形式封裝。
13、進一步，每個單通道射頻組件集成接收鏈路、發射鏈路、供電濾波電路以及校準切換支路；
14、接收鏈路與天線陣面連接，接收射頻輸入信號，并進行濾波和低噪聲放大處理，之后送入數字基帶單元完成信號模數轉換及解調；
15、數字基帶單元產生待發送信號經由數模轉換及對應調制后，經由發射鏈路完成濾波及功率放大處理后，送入天線陣面對外輻射。
16、進一步，接收鏈路從輸入到輸出依次經過，1號接收濾波器、1號低頻噪聲放大器、2號接收濾波器、2號低頻噪聲放大器以及2號開關；
17、發射鏈路從輸入到輸出依次經過，驅動放大器、2號發射濾波器、射頻pa和1號發射濾波器；
18、供電濾波電路為每個單通道射頻組件提供穩定、低紋波的電源，供電濾波電路包括電源模塊sip。
19、進一步，每個單通道射頻組件，至少包括5路ttl控制信號；
20、校準切換支路通過ttl控制信號分別控制1號開關5、2號開關12、3號開關6以實現常規收發鏈路模式與不同校準模式的切換。
21、進一步，1號開關位于發射鏈路射頻pa和1號發射濾波器之間的耦合回路，1號開關控制發射校準支路的通斷；
22、2號開關設置在接收鏈路2號低頻噪聲放大器之后，為單刀三擲開關，控制切換發射校準支路、接收鏈路、接收校準開關小回路三種模式；
23、3號開關設置在校準功分網絡之后，為單刀三擲開關，可控制切換接收校準開關小回路、接收校準耦合大回路、開關負載三種狀態。
24、進一步，?所述校準模式包括：發射校準支路模式、接收耦合校準模式以及接收開關校準模式；
25、發射校準支路模式下，1號開關導通、2號開關選通發射校準支路，用于獲取發射鏈路的校準參數；
26、接收耦合校準模式下，2號開關選通接收鏈路、3號開關選通接收校準耦合大回路，用于將標準校準信號經完整接收鏈路送入數字基帶模塊，以獲取接收鏈路的校準參數；
27、接收開關校準模式下，2號開關選通接收校準小回路、3號開關選通接收校準小回路，用于將標準校準信號不經接收鏈路前端模塊處理，直接返回數字基帶模塊，以獲取小回路基準誤差，用于分離接收鏈路前端模塊的獨立誤差分量。
28、本發明所述方法的有益效果為：
29、1、內置式高精度校準鏈路設計：本發明突破傳統外置切換式校準鏈路的設計局限，創新采用“內置開關+耦合檢測+動態補償”一體化校準架構，徹底解決s頻段校準精度低、插損大、一致性差的行業痛點。將單刀多擲開關集成于射頻sip模塊內部，替代傳統外置切換開關，減少鏈路節點，插損降低近1db，同時縮短校準鏈路與收發鏈路的距離，減少信號衰減與干擾，大幅提升鏈路一致性；收發鏈路中內置耦合器，實時采集收發信號的幅度、相位信息，配合數字基帶生成的標準校準信號，通過對比分析標定子陣射頻組件通道間的性能差異，實現校準參數的精準計算；預留多路ttl控制信號，實現校準模式與正常收發模式快速切換，可根據環境溫度、工作時長等因素動態調整校準參數，補償鏈路漂移；將校準功分網絡集成于多層混壓板的射頻層，采用威爾金森功分器拓撲，實現校準信號的均勻分配，與主射頻饋電網絡兼容設計，避免傳統外置校準網絡與主鏈路的兼容性問題，大幅簡化系統結構。
30、2、專用高低頻混壓多層板設計：本發明采用射頻多層混壓板技術，將數控與射頻模塊集中于同一基板上，減少了分板設計之間互聯的射頻線纜，也大幅降低了相控陣載荷整機的裝配步驟與難度。多層混壓板采用“高頻層+低頻層”垂直分層架構以及“參考地平面+多排金屬屏蔽通孔”雙重隔離設計，在縱向疊層以及橫向布局上均將數控模塊與多通道射頻tr組件進行了良好的分區設計，在確保有效互聯的基礎上，提升隔離屏蔽效果避免信號串擾。
31、3、s頻段小型化集成設計：為突破s頻段射頻組件小型化瓶頸，本發明采用sip集成+高密度布的一體小型化設計，將接收鏈路放大器、發射鏈路驅動放大器、內置切換開關等關鍵器件集成于單一射頻sip模塊內（尺寸僅21×16×3.7mm），供電模塊亦采用sip封裝，單通道射頻組件僅通過五個獨立表貼元器件，在僅60*50*8mm的單元尺寸內，實現了完整的收發鏈路與校準支路集成，實現了尺寸空間的最大化利用以及設計的最簡化與高度集成，降低焊接與調試難度，適配低軌衛星輕量化、扁平化的載荷要求。