一种悬置带线馈电平板阵列天线的制作方法

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及移动卫星通信地球站如车载、机载卫星通信站用作高效率、重量轻、小型化、低剖面的卫星通信动中通天线的一种悬置带线馈电平板阵列天线。

背景技术：

卫星通信动中通天线系统是卫星通信的一种特殊类型，在现代通信系统中有着广泛的应用前景，卫星通信具有传输距离远，只要在卫星波束覆盖范围内都可进行语音、数据及图像通信，而且通信质量好、信道稳定、误码率低、组网方式灵活；因而卫星通信成为无线通信的主要手段，在现代信息传输中起着越来越重要的作用；而卫星通信动中通天线是该系统中最重要的一个组成部分。

随着各国卫星移动通信的发展，通信技术的发展方向是向机动性更强，重量和体积更小，隐蔽性更好，通信带宽更宽，传输链路更加稳定，抗干扰和抗摧毁能力更强等方向发展。

移动卫星通信要有效地为移动平台提供通信保障，这就要求通信天线必须是小型化、低轮廓、重量轻的设备，可以灵活安装在各类移动平台，尤其是要满足体积、空间和承重受限的机载平台使用。

现有的通信领域中常见的天线形式主要有反射面天线、微带形式馈电的平板阵列天线、波导形式馈电的平板阵列天线。但都存在着一些缺点：

1)反射面天线的性能稳定，但是在满足天线电性能指标要求较高的情况下，天线尺寸很难做低，不能满足天线系统低轮廓的需求。

2)微带形式的平板阵列虽然比较常见，容易加工，但是馈电损耗大、且极化隔离度较差、总体效率很低。

3)波导馈电形式的平板阵列也比较常见，在一些动中通系统中也有广泛的应用；虽然馈电损耗相比微带线小了很多，但是由于波导网络体积较大，实际加工出来的天线整体尺寸比较厚，重量也较重。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有高效率、低旁瓣、较好的极化跟踪和隔离性能及剖面低、重量轻、易于组阵，非常适合于移动卫星通信领域的悬置带线馈电平板阵列天线。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种悬置带线馈电平板阵列天线，所述阵列天线包括一波导口辐射单元，所述波导口辐射单元包括：

一辐射口；

一设置在辐射口下方的水平激励探针；

一设置水平激励探针下方的垂直激励探针；

一设置在水平激励探针和垂直激励探针之间的水平垂直极化通道，所述水平垂直极化通道上设有波导通道，所述波导通道内设有调频介质块；

一设置在垂直激励探针下方的底部短路腔。

在本实用新型的一个实施例中，所述辐射口的边长为0.6-0.95λ₀，λ₀为中心波长。

在本实用新型的一个实施例中，所述阵列天线为8乘8阵列天线，其由8乘8个馈电波导口辐射单元均布组成；所述8乘8阵列天线包括：

一辐射波导口阵列，所述辐射波导口阵列由8乘8个辐射口等间距分布组成；

一设置在辐射波导口阵列下方的水平极化层馈电功分网络，所述水平极化层馈电功分网络由8乘8个水平激励探针等间距分布组成；

一设置在水平极化层馈电功分网络下方的垂直极化层馈电功分网络，所述垂直极化层馈电功分网络由8乘8个垂直激励探针等间距分布组成；

一设置在水平极化层馈电功分网络和垂直极化层馈电功分网络之间的水平垂直极化通道组，所述水平垂直极化通道组由8乘8个水平垂直极化通道等间距分布组成，所述每个水平垂直极化通道的波导通道内均设有调频介质块；

一设置在垂直极化层馈电功分网络下方的底部短路腔组，所述底部短路腔组由8乘8个底部短路腔等间距分布组成。

在本实用新型的一个实施例中，所述水平极化层馈电功分网络和垂直极化层馈电功分网络采用串并馈形式网络布局。

在本实用新型的一个实施例中，所述水平极化层馈电功分网络和垂直极化层馈电功分网络上均设有若干个带状线形式的等分或不等分功分器。

在本实用新型的一个实施例中，所述8乘8阵列天线尺寸长、宽、高分别为130mm、130mm、15.6mm。

在本实用新型的一个实施例中，所述每相邻两个辐射口之间的距离为0.9λ₀，λ₀为中心波长。

在本实用新型的一个实施例中，所述带状线形式的功分器包括内部中空的金属腔体、设置在金属腔体内部的中心导体以及悬置在金属腔体中的介质层。

在本实用新型的一个实施例中，所述介质层选用Rogers4530介质材料。

通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型悬置带线馈电平板阵列天线采用收发共用的波导口辐射单元，波导口辐射单元采用损耗非常小的带状线馈电；结构紧凑、电性能可靠，组阵方便，非常适用于现代卫星通信系统对动中通天线尺寸要求高的场合使用。

本实用新型为了在两个极化通道内获得好的传输性能和极化性能，在两层馈电网络间加入了正交的波导通道，且为了降低截止频率，同时在该波导通道中放入了调频介质块，保证了仅仅主模能够转播；为了获得好的极化隔离度，两层馈电网络之间设有一定间隙；由于上层的水平极化主模不能够通过其下正交的波导通道，所以在调试水平极化匹配时不受下层的垂直极化通道的影响；即两个极化通道的阻抗匹配可以分开调试，互不影响。

为了在有限的空间内合理的布置馈电网络，这里采用串并馈形式网络布局，每个极化层的网络里均包含多个等分或不等分功分器，通过控制功分量来达到控制天线方向图旁瓣电平的目的；每个极化层的端口回波损耗≤-20dB，整个频带内输入辐射波导单元的幅度波动≤0.3dB。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型辐射单元结构示意图；

图2为本实用新型8乘8阵列天线结构示意图；

图3为本实用新型功分器示意图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

10、波导口辐射单元 11、辐射口 12、水平激励探针 13、垂直激励探针 14、水平垂直极化通道 14a、波导通道 14b、调频介质块 15、底部短路腔 20、辐射波导口阵列 30、水平极化层馈电功分网络 40、垂直极化层馈电功分网络 50、水平垂直极化通道组 60、底部短路腔组 70、功分器71、金属腔体 72、中心导体 73、介质层。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参见图1至图3所示，本实用新型公开了一种悬置带线馈电平板阵列天线，阵列天线包括一波导口辐射单元10，波导口辐射单元10包括辐射口11，设置在辐射口下方的水平激励探针12，设置水平激励探针下方的垂直激励探针13，设置在水平激励探针和垂直激励探针之间的水平垂直极化通道14，水平垂直极化通道上设有波导通道14a，波导通道内设有调频介质块14b，设置在垂直激励探针下方的底部短路腔15；本实用新型辐射口口径的尺寸选择既要考虑波导口辐射单元本身工作在单模区，又要有较高的单元增益，同时要充分考虑到阵列天线的外形尺寸不致超出总体要求的尺寸以及馈电网络布局有足够空间；一般情况下，边长可在0.6-0.95λ₀(λ₀为中心波长)之间选取，对应的单元增益为6dB-9.5dB，单元间距取0.9λ0左右。

按照本实用新型阵列天线技术设计8乘8阵列天线，天线尺寸长、宽、高分别为130mm、130mm、15.6mm，其由8乘8个馈电波导口辐射单元均布组成；8乘8阵列天线包括辐射波导口阵列20、设置在辐射波导口阵列下方的水平极化层馈电功分网络30、设置在水平极化层馈电功分网络下方的垂直极化层馈电功分网络40、设置在水平极化层馈电功分网络和垂直极化层馈电功分网络之间的水平垂直极化通道组50以及设置在垂直极化层馈电功分网络下方的底部短路腔组60；辐射波导口阵列由8乘8个辐射口等间距分布组成，每相邻两个辐射口之间的距离为0.9λ₀，λ₀为中心波长；水平极化层馈电功分网络由8乘8个水平激励探针等间距分布组成；垂直极化层馈电功分网络由8乘8个垂直激励探针等间距分布组成；水平垂直极化通道组由8乘8个水平垂直极化通道等间距分布组成，所述每个水平垂直极化通道的波导通道14a内均设有调频介质块14b；底部短路腔组由8乘8个底部短路腔等间距分布组成。

水平极化层馈电功分网络与垂直极化层馈电功分网络通过印制电路板技术来实现，水平极化层馈电功分网络和垂直极化层馈电功分网络采用串并馈形式网络布局，水平极化层馈电功分网络和垂直极化层馈电功分网络上均设有若干个带状线形式的等分功分器70；功分器包含内部中空的金属腔体71、设置在金属腔体内部的中心导体72以及悬置在金属腔体中的介质层73；功分器涉及的馈线网络采用悬置传输线，悬置传输线是一种TEM模同轴传输线，中心导体的宽度决定了传输线的特性阻抗和损耗；介质层选用Rogers4530介质材料，悬置带线特征阻抗设计值为50Ω，通过调整四分之一波长中心导体宽度很容易获得等分或不等分功分器；在仿真设计时，首先分别设计单个的功分器，保证每个功分器的幅度和相位达到预期指标值；然后将设计好的功分器级联起来整体调试，最终达到设计指标要求；天线在整体布局时，将馈电网络与辐射阵列单元组合到一起整体建模，通过仿真计算、优化参数，最终完成阵列天线的设计。

本实用新型辐射波导口阵列、水平极化层馈电功分网络、垂直极化层馈电功分网络及阵列整体模型均在CST三维高频电磁仿真软件中进行了建模优化；仿真结果表明在Ku频段，该阵列天线的在回波损耗≤-10dB的范围内水平极化和垂直极化相对带宽可以达到18％左右；两个极化的交叉极化电平将近30dB；天线的口面辐射效率可以达到70％以上；方向图的对称性也非常好。完全可以满足市场上Ku收发频段对带宽的需求。

本实用新型与背景技术相比具有如下优点：

1、由于介质片较薄，所以馈线损耗比较小；

2、在较宽的频带内支持TEM模的传输；

3、悬置带线相比标准波导尺寸较小，可以满足紧凑结构设计要求；

4、相邻传输线间的耦合几乎没有；

5、不同于微带传输线，没有来自馈线网络上的辐射损耗；

6、由于介质悬置在腔体间，有效介电常数非常接近自由空间中的介电常数，所以表面波损耗非常小。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。