一种X波段星载数传天线的制作方法

本发明涉及星载天线领域，特别涉及一种x波段星载数传天线。

背景技术：

数传天线是卫星天线的重要组成部分，当卫星进入地面接收站境内(即可视弧段以内)时，数传分系统通过高速数据接口将存储器中的数据取出，由数传发射机完成信道编码，组成数据传输帧，对信号进行载波调制、功率放大后，经过数传天线，把卫星有效载荷采集的数据传输给地面接收站。

目前，卫星朝着低成本、小型化、轻量化及一箭多星的态势在发展，对星上天线的要求势必也越来越高。传统的数传天线一般都采用比较成熟的反射面、或者波导喇叭天线，这类天线的优点是性能稳定，增益高，但相应的造价也十分昂贵，并且轮廓大，重量重，不太适用于微小卫星平台。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有数传天线轮廓大、质量重；为解决所述问题，本发明提供一种一种x波段星载数传天线。

本发明提供的一种x波段星载数传天线，包括：天线罩、上层辐射贴片单元、下层馈电网络、金属反射板；位于上层辐射贴片单元和下层馈电网络之间的中间耦合馈线单元；位于下层馈电网络与金属反射板之间的支撑蜂窝介质；所述一种x波段星载数传天线为平面结构。

进一步，所述上层辐射贴片单元包括：pcb板，贴在所述pcb板上的矩形贴片；所述矩形贴片的材料为铜，所述矩形贴片共16个，组成4х4阵列，相邻矩形贴片之间的距离为工作波长的045～0.9倍，边长为工作波长的0.4～0.6倍，沿对角线方向切两个边长为5～7mm的直角三角形。

进一步，所述中间耦合馈线单元包括pcb板，和贴在所述pcb板上的z字形铜贴片；所述z字形铜贴片与矩形贴片一一对应，通过馈针连接；所述z字形铜贴片的长度为8～10mm，高度为3～4mm，线宽1mm。

进一步，所述下层馈电网络包括：pcb板，和贴在所述pcb板上1至16功放网络，所述1至16功放网络通过十六个馈针与z字形铜贴片连接，所述1至16功放网络的材料为铜，铜线的宽度依据微带线在介质上的四分之一波长阻抗变换关系优化所得。

进一步，所述支撑蜂窝介质采用nomex芳纶纸蜂窝材料，型号为nrh-3-48。

进一步，所述金属反射板为航天铝板，天线罩部分采用航天成熟的聚酰亚胺材料；上层辐射贴片单元的pcb板、中间耦合馈线单元的pcb板、下层馈电网络的pcb板均采用符合航天应用要求的rogertmm高频介质材料。

进一步，上层辐射贴片单元、中间耦合馈线单元和下层馈电网络之间采用介质螺栓和航天a、b胶连接。

本发明的优点包括：

本发明所提供的一种x波段星载数传天线为平面结构，最大轮廓为130*130*20mm，重量200g以内，对卫星平台要求低。

进一步，本发明提供的一种x波段星载数传天线用于x波段，采用4*4的微带天线代替传统的一种x波段星载数传天线，利用空气加载，馈电耦合技术提高天线的增益(18.7dbi)和频带带宽(1.75ghz)，并且采用纸蜂窝充当天线和地板的连接介质，满足星载天线的高可靠度要求，适用于微纳卫星平台。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的结构示意图。

图2(a)、(b)分别是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的上层辐射贴片单元的正、反面结构示意图。

图3(a)、(b)分别是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的中间耦合馈线单元的正、反面结构示意图。

图4(a)、(b)分别是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的下层馈电网络的正、反面结构示意图。

图5是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的回波损耗曲线。

图6是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的e/h面增益方向图。

图7是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的e/h面轴比方向图。

具体实施方式

下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。

如图1所示，本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线，包括：天线罩1、上层辐射贴片单元2、下层馈电网络4、金属反射板6；位于上层辐射贴片单元2和下层馈电网络4之间的中间耦合馈线单元3；位于下层馈电网络4与金属反射板6之间的支撑蜂窝介质5；所述一种x波段星载数传天线为平面结构；上层辐射贴片单元2与中间耦合馈线单元3之间安装有一层(共6支)支撑介质条7，中间耦合馈线单元3与下层馈电网络4之间安装有一层(共6支)支撑介质条8。上层辐射贴片单元2、中间耦合馈线单元3和下层馈电网络4之间采用介质螺栓和航天a、b胶配合支撑介质条进行连接。整个结构通过紧固螺钉固定。

天线辐射罩一方面起到保护天线辐射表面避免表面磕碰，另一方面，其聚酰亚胺材料起到了抗宇宙外界辐射的目的。

参考图2，所述上层辐射贴片单元包括：pcb板，贴在所述pcb板上的矩形贴片；所述矩形贴片的材料为铜，所述矩形贴片共16个，组成4х4阵列，相邻矩形贴片之间的距离为工作波长的0.5～0.9倍，边长为工作波长的0.4～0.6倍，沿对角线方向切两个边长为5～7mm的直角三角形。所述上层辐射贴片单元为矩形贴片通过切角实现天线的圆极化，通过改变矩形贴片的边长调整工作频率，通过调整切角的大小改善圆极化性能。合理的天线单元间距是获得良好的增益方向图的重要因素，间距过短，会导致增益不高，间距过长会导致天线的副瓣电平升高，通过仿真优化，最终取0.67个工作波长。如图3所示，所述中间耦合馈线单元包括pcb板，和贴在所述pcb板上的z字形铜贴片；所述z字形铜贴片与矩形贴片一一对应，通过馈针连接；所述z字形铜贴片的长度为8～10mm，高度为3～4mm，线宽为1mm。中间耦合馈线单元与上层辐射贴片单元构成附加电容，以抵消中间馈针的电感，增加了谐振频点，进而拓展了天线的工作带宽。空气加载的方式，是提高天线工作带宽和辐射效率的重要手段，在本文中，我们通过额外加入一层馈线单元，进一步拓展了天线的工作带宽和效率。

参考图4，考虑本天线对旁瓣要求不高，下层馈电网络采用等辐同相的并联馈电结构以实现天线增益的最大化。所述下层馈电网络包括：pcb板，和贴在所述pcb板上1至16功分网络，所述1至16功分网络通过十六个馈针与z字形铜贴片连接，所述1至16功放网络的材料为铜，铜线的宽度为依据微带线在介质上的四分之一波长阻抗变换关系优化所得。

在下层馈电网络单元下部再增加金属反射板，天线通过金属反射板与星体外壳采用螺栓固定，同时金属反射板还可阻隔天线对星体内其他器件以及其他器件对天线的电磁干扰，考虑到成本和重量，采用航天铝反射板。

下层馈电网络单元与金属反射板之间采用高强度的安伦纸蜂窝作为支撑，本实施例中所述支撑蜂窝介质采用nomex芳纶纸蜂窝材料，型号为nrh-3-48，通过芳纶纸蜂窝加强天线的结构强度，提高天线的抗震动、抗冲击能力。

天线罩部分采用航天成熟的聚酰亚胺材料；上层辐射贴片单元的pcb板、中间耦合馈线单元的pcb板、下层馈电网络的pcb板均采用符合航天应用要求的rogertmm高频介质材料。

为证明本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的优点，申请人进行仿真试验。图5是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的回波损耗曲线。图6是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的e/h面增益方向图。图7是本发明实施例提供的一种x波段星载数传天线的e/h面轴比方向图。从图5至图7可以看出天线的最大增益达到了18.7dbi，工作带宽1.75ghz，占空比21％，主波束轴比小于3db。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。