本实用新型属于天线技术领域，具体涉及一种USB或扩频体制收发共用天线。
背景技术：
USB航天测控是指使用S波段的微波统一测控系统,利用公共射频信道，将航天器的跟踪测轨、遥测、遥控和天地通信等功能合成一体的无线电测控系统。在载人航天工程中，我国的飞船测控系统使用了USB测控系统，通过同一套发射机和天线系统、接收设备发送或接收遥测和遥控信号以及话音和电视信号。随着我国航天事业的蓬勃发展,在轨卫星数量不断增多,对卫星测控的精度和协作性要求大幅提高,现有的USB测控体制逐渐显现出局限性。统一扩频测控体制因为其良好的抗干扰性、隐蔽性、低截获性、可多址复用和任意选址等优点,已广泛应用于航天测控系统中。星载测控天线是每颗卫星必备的设备之一,其性能优劣直接关乎卫星及航天器在全生命周期及突发姿态异常情况下其电性能设计不仅要满足正常运行时的测控通信需要,更要保证卫星及航天器在突发姿态异常情况下，全空间全方位条件下与地面测控系统的可靠通联。因此星载测控天线往往通过几副天线的合成来达到方向图的准全向，但合成部位存在干涉区，此干涉区在某些情况下会影响正常的测控通信。
现有低剖面微带测控天线，为了实现收发共用设计，常常在用低介电常数空气介质加载、增加寄生辐射结构或通过堆叠设计实现双频段共用设计，但是天线效率较低、若不增加独立馈电网络，仅仅采用单馈简并分离方案，天线圆极化纯度较差、难以保证在宽波束范围呢实现良好的宽角圆极化特性；而且该类型天线通常前后比有限，后向波束反射后，会引起主波束增益下降出现纹波等问题，尤其是当两幅天线组阵应用时，干涉区增益奇点十分严重，难以保障载体的全角度测控可靠性。
常规锥形及柱形辐射单元结构扩频测控天线，虽然可以实现收发共用设计，尤其是锥形辐射单元结构可以实现宽频带工作，但是天线方向图前后比有限、方向图各个切面旋转对称性较差；同时，AR特性也不十分理想、方向图易受周围环境加载影响，在4PI空域内难以实现高性能全向覆盖。
因此上述主流扩频体制测控天线难以满足未来星载系统测控天线高性能、高集成和高可靠需求。上述天线结构类型，均只实现了某一项或某几项电性的优化设计工作，无法满机空间恶劣环境高性能工作需求，也无法在承受苛刻力学环境和热环境要求的同时，依然保持良好的电磁辐射性能；要么在载体或平台出现大量级振动或冲击时出现辐射结构或激励结构损坏而无法正常完成测控信号的接收与发送，要么在载体所处环境温度大范围变化时出现AR、VSWR和Gain等关键电指标剧烈劣化等现象，无法配合扩频应答机机完成测控功能，降低系统效能、影响整个系统功能实现。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种高性能、宽频带、可赋形、高成品率、结构优化的USB或扩频体制收发共用天线。
为了实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：
一种USB或扩频体制收发共用天线，包括支撑体，所述支撑体为对称结构，且所述支撑体内沿所述支撑体的对称轴位置设有导体；
所述支撑体包括一体设置的第一支撑体和第二支撑体，所述第一支撑体为直径恒定的结构，所述第二支撑体为渐缩径结构；
还包括辐射单元，所述辐射单元依次缠绕于所述第一支撑体和第二支撑体的表面。
进一步地，所述导体包括空腔结构的外导体以及设置于空腔结构的外导体内的内导体。
进一步地，所述内导体通过短路定位销与所述外导体连接。
进一步地，所述外导体与所述支撑体之间通过平衡激励槽体连接。
进一步地，所述内导体为渐缩径结构、渐扩径结构以及渐缩径结构、渐扩径结构结合形成的循环多节变换结构。
进一步地，所述第一支撑体远离第二支撑体的一端连接有介质加载结构。
进一步地，所述外导体的长度大于所述支撑体的长度，且所述外导体穿过所述介质加载结构形成变换端。
进一步地，所述外导体与所述支撑体的端部通过法兰连接。
进一步地，所述第二支撑体为圆锥形结构。
进一步地，所述导体为阻抗为50Ω的巴伦硬同轴线。
通过上述技术方案，本实用新型的有益效果如下：
本实用新型通过具有新型小型化设计特征的改进型渐变体辐射包络结构设计及最优化计算方法全波优化仿真实现大前后比设计；通过全对称结构及非单一螺旋体绕制设计和集成工艺实现各个切面旋转对称性优异的设计特征；通过螺旋辐射单元结构参数动态优化可实现满足多种测控系统需求的赋形方向图设计。
本实用新型的USB或扩频体制收发共用天线，解决了现有USB体制收发分离双天线无法实现宽频带共口径应用、谐振辐射易受环境影响、带宽窄、圆极化纯度有限，组阵应用后4PI空间内方向图纹波大、干涉区增益奇点严重等问题；解决了现有扩频体制收发共用测控天线尺寸大、实现复杂、重量重、电磁性能易受载体环境影响而显著劣化、F/B前后比小、需要额外差分馈电激励网络和移相枝节、结构刚度与强度差、材料线胀系数不一致引起的热性能差、电性能易受周围EM环境加载而劣化等问题，使得天线满足星载、机载、车载及高机动终端大振动及冲击量级、宽范围温度冲击等苛刻环境条件下的最优电气性能和力热性能应用需求。
本实用新型的天线，结构简单，使用方便。
本实用新型的USB或扩频体制收发共用天线，具有宽频带工作的特性，且馈电区域通过宽度的逐渐变小，不仅可以改善天线的辐射特性、圆极化特性，而且可以进一步增大天线的工作带宽。
本实用新型与现有圆柱状背射模天线相比，第一支撑体和第二支撑体一体设置，使得辐射结构具有较高的前后比、宽带匹配和方向图灵活赋形特性；同时使得天线馈电激励结构具有巧妙的设计特征。
本实用新型由于宽度逐渐变小的第二支撑体，形成的天线对附近金属构件不敏感，故通过渐变过渡结构和行波设计使得该天线对附件环境不敏感，适合作为星载天线应用。
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为本实用新型提供的一种USB或扩频体制收发共用天线的主视图；
图2为本实用新型提供的一种USB或扩频体制收发共用天线的左视图；
图3为本实用新型提供的一种USB或扩频体制收发共用天线的方向图；
图4为本实用新型提供的一种USB或扩频体制收发共用天线的轴比图；
图5为本实用新型提供的一种USB或扩频体制收发共用天线的3D方向图；
图6为本实用新型提供的一种USB或扩频体制收发共用天线的极坐标方向图；
图中：
1、支撑体；101、第一支撑体；102、第二支撑体；2、导体；201、外导体；202、内导体；3、辐射单元；4、短路定位销；5、平衡激励槽体；6、介质加载结构；7、变换端。
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。
参照附图1-6所示，本使用新型提供的一种USB或扩频体制收发共用天线，包括空腔的支撑体1，同时，本实用新型中，所述支撑体1为对称结构，沿所述空腔的支撑体1的对称轴内设置有导体2；
所述支撑体1包括一体设置的第一支撑体101和第二支撑体102，所述第一支撑体101为直径恒定的结构，所述第二支撑体102为渐缩径结构；
由于第二支撑体102宽度逐渐变化，故使得天线对于附近环境不敏感，适合于星载天线应用。同时，缠绕于第二支撑体102上的辐射单元3形成的馈电区域，宽度逐渐变小，其不仅可以改善天线的辐射特性、圆极化特性，而且可以进一步增大天线的工作带宽。
通过全对称结构及非单一螺旋体绕制设计和集成工艺实现各个切面旋转对称性优异的设计特征。
具体地第一支撑体101与第二支撑体102一体设计，是为了实现无缝连接，可以通过两方面进行实现，一方面是螺旋辐射单元的一体化、连续化结构参数过渡；另一方面是包络支撑结构、定型工艺实现无缝过渡。第一支撑体101与第二支撑体102无缝渐变辐射单元采用高强度和韧度金属材料通过包络成形设计技术完成外形固化设计，实现高纯度圆极化波辐射。或者在包络保持条件下，通过对辐射敏感参数进行多目标优化计算和电磁协同仿真，改变辐射单元表面电流分布，从而作用于远场幅度和相位叠加关系，进而可实现满足不同需求、不同形状的方向图重构设计。
通过无缝连接，使得整个支撑体1结构稳固，可靠。
进一步地，为了实现天线的效果，导体2包括空腔结构的外导体201以及设置于空腔结构的外导体201内的内导体202。内外导体结合，效果更好。
更进一步地，所述内导体202通过短路定位销4与所述外导体201连接。内外导体之间设有短路定位销4，实现馈电激励的同时完成阻抗变换与匹配功能。
更进一步地，所述外导体201与所述支撑体1之间通过平衡激励槽体5连接。平衡激励槽体5不仅稳固了外导体201与支撑体1，而且对于天线辐射的平衡激励也有辅助作用。
进一步地，所述内导体202为渐缩径结构、渐扩径结构以及渐缩径结构、渐扩径结构结合形成的循环多节变换结构。这种结构，方便进行馈电激励和结构支撑。内导体202的结构，实现天线宽带阻抗匹配，与外部圆锥结构无关设计，可大幅提升天线的阻抗带宽，显著减小天线对机械加工及精密装调的高精度需求，保持无约束独立高性能的同时提高产品的成品率。
具体地，内导体202，可以采用一根圆柱体，第一段直径5mm，中间段直径6mm，末端直径7mm。类似于这样的变径结构。
进一步地，所述第一支撑体101远离第二支撑体102的一端连接有介质加载结构6。通过该设计可以实现辐射单元结构参数精确控制，最大化的实现产品性能与设计性能的最佳逼近。另外，该结构就是在不影响电性能的前提下，提高天线力学和热学性能。可以说成是介质加载结构，也可以说成是介质加载结构。首先实现螺旋辐射单元螺距、升角、直径、位置高精度定位与固定；其次实现辐射单元高等级抗振动、抗冲击和抗热变形；最后提高天线整体性能。专业上可以叫介质加载，加载后具有慢波效应，除上述优点外，还有益于进一步实现天线小型化设计。目的就是提高性能、缩减尺寸、提高强度。
更进一步地，所述外导体201的长度大于所述支撑体1的长度，且所述外导体201穿过所述介质加载结构6形成变换端7。外导体加强结构即为同轴激励馈线的外导体201，又为整个天线的核心刚度加强主支撑，其低端变换为圆形法兰实现介质支撑结构的一体化紧固连接，顶端与内导体202短路、与辐射单元3螺旋短路，从而实现天线整体结构的刚度和强度提升。
为了便于生产，所述第一支撑体101为圆柱形结构。利用其完美的旋转对称性实现最优辐射性能，但是第一支撑体101若为方形，则表面电流不连续，直接导致天线性能变差。
为了实现支撑，所述外导体201与所述支撑体1的端部通过法兰连接。
为了便于与第一支撑体101匹配，同时为了便于实现宽度的逐渐变化和对称，所述第二支撑体102为圆锥形结构。
本实用新型中，支撑体1的结构，可以是渐变的也可以是不渐变的，视方向图要求而定，不通的结构实现不同的天线性能，如增益、波束宽度、前后比、轴比、旋转对称性等。支撑体采用渐变逐渐过渡的目的就是减小不连续性，提高天线性能，若为不连续阶跃变化，天线性能将劣化。
同时，第一支撑体101和第二支撑体102必须为过渡连接，否则不连续回导致方向图劣化，匹配性能变差，甚至严重影响天线正常辐射。
对于辐射单元3，如果仅在第二支撑体102上布置辐射单元3，则天线前后比变差、方向图对称性变差、交叉极化电平上升、天线轴比变差、天线鲁棒性变差，在载体上集成安装后主瓣纹波增大，整体性能大幅劣化；同时，直径恒定的第一支撑体101上没有辐射，则无法实现方向图赋形设计。
进一步地，所述导体2为阻抗为50Ω的巴伦硬同轴线。巴伦及时balun，硬同轴线与普通同轴线区别是刚度高、强度强、不易产生形变导致天线性能劣化及失效，可以满足更为苛刻的航天高冲击、高振动、高温度范围环境应用需求。具体装配时，通过处于天线中心轴位置的一根特性阻抗为50Ω巴伦硬同轴线与天线通过底部一体化集成电短路盘结构设计实现固连支撑设计。具体的连接方式是一体化短路反射盘与硬同轴线结构一次加工成型、合二为一轻量化结构实现。
使用本实用新型时，由于本实用新型的结构，通过选取适当的辐射结构参数,比如螺旋线的升角、线径、线型、直径、螺距、包络、圈数、数量等参数；根据方向图、波束宽度、轴比、前后比等电磁特性参数要求不同，而选择不同的相应结构参数。实现天线宽频带工作、赋形宽波束圆极化辐射特性，可在不改变辐射拓扑和整体结构的前提下，满足各种不同类型辐射方向图重构应用需求，这是现有天线无法实现的。
本实用新型，采用纯金属加载高性能介质融合加固设计，具体体现在天线外形图中，是指天线纯金属螺旋辐射单元和非金属渐变过渡介质支撑结构理念（即支撑体1），在保持天线优异电性能设计的同时，显著提高天线在不同电磁、力学和热环境下的生存能力和性能保持能力；运用电磁、力学和热一体化融合设计与仿真技术，即天线设计过程中实现的软件与手段，为了得出后续附图中的电性能仿真结果现天线自由空间理论数值仿真性能分析与工程化实现的高度统一；通过半物理仿真设计手段和高精度制造工艺（半物理仿真是结合了实际工程化参数的理论仿真设计方法），应用该设计手段，可以实现设计与实际工程应用性能的高度逼近与统一，类似仿生设计手段；实现天线产品批量化生产性能高度一致性和好用性设计。激励同轴内导体202通过多节阶梯宽带阻抗变换端和定位销设计安装集成与外部结构加强同轴线内，实现馈电激励的同时完成阻抗变换与匹配功能；本实用新型两个支撑体无缝连接，同时结合渐变支撑体上的辐射单元，采用高强度和韧度金属材料通过包络成形设计技术完成外形固化设计，实现高纯度圆极化波辐射。在包络保持条件下，通过对辐射敏感参数进行多目标优化计算和电磁协同仿真，改变辐射单元表面电流分布，从而作用于远场幅度和相位叠加关系，进而可实现满足不同需求、不同形状的方向图重构设计。
参照附图3-6可知，USB/扩频一体化收发共用天线优秀增益、高AR纯度后面轴比曲线里有AR曲线、同一物理口径双模辐射收发共用，两个频段用一副天线实现、锥形柱形无缝过度辐射结构、宽带激励与阻抗变换技术、高强度高刚度高性能巴伦和结构支撑一体化、外形包络保持条件下方向图重构化、高EM性能鲁棒性、抗大量级振动和冲击、极宽温度冲击范围性能保持设计等。
参照附图3-6可知，天线LHCP增益约为5.7dB，HPBW约为120°，在±70°波束宽度范围内增益大于0dB，天线前后比约为30dB。对于星载天线而言，前后比指标是衡量其装星后性能优劣的重要指标之一，前后比越大，天线越不容易受周围环境影响，辐射性能与自由空间越接近；天线波束宽度较宽，可满足指标宽波束覆盖要求，在±80°波束范围内增益优于-3dB；但在整个主波束范围内，增益较高接近6dB，远远满足指标提出的合成后增益要求；从黑色曲线交叉特性计算结果可以看出，在天线端射方向，交叉极化抑制大于40dB，说明天线具有很好的圆极化纯度，能够辐射接近理想的左旋圆极化波。
参照附图可知，法向方向天线AR约为0.1dB，具有近乎理想的LHCP辐射性能，该天线在±70°波束范围内AR约小于6dB，实现了良好的宽角CP性能，可完全满足测控天线宽波束宽角圆极化指标要裘，现有技术一般类型天线无法实现该天线所具备的性能。该天线可在-150°C~+150°范围内正常工作。
参照附图3-6可以看出，在不同切面天线的辐射性能呈现出了良好的近乎一致的旋转对称性。因此，当天线安装于卫星平台时，不论卫星姿态如何，测控天线都具有良好的接收与发射性能，为星地测控链路的高可靠性保证，从射频最前端提供重要的技术保障。
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。