低剖面高增益双频双极化卫星通信天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星通信天线技术领域，特别是一种低剖面高增益双频双极化天线。
【背景技术】
[0002]随着卫星通信技术、特别是“动中通”技术的不断发展，对高增益天线的要求不断增长。传统上一般是采用反射面天线，然而反射面天线一般体积较大，不利于与移动车辆的集成安装。因此出现了对低剖面高增益卫星通信天线的迫切需求。除此之外，卫星的上行和下行一般工作于不同的频段和极化，因此为了能够尽量减小天线所占的体积，还要求卫星通信天线具有双频双极化收发共用的能力。
[0003]能够实现低剖面高增益的天线有很多，比如波导缝隙阵列、径向线缝隙阵列等等。波导和径向线波导都是中空结构，能量在空气中传播的损耗非常小，所以能够实现高增益。然而这种结构却不容易实现双频双极化。
[0004]微带天线是卫星通信中的重要类型，它是通过在微波介质板上刻蚀图形实现不同的功能，具有设计自由度大、功能灵活的特点。然而微带天线由于功率是在介质板中传播，会伴随较大的欧姆损耗，表面波损耗和馈电辐射损耗，当天线阵列规模较小时，该问题并不明显，随着规模的增大，该问题成为阻碍微带天线获得高增益的主要难题。如果设计不当，网络的损耗甚至抵消了天线单元数的增加所带来的增益。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种增益高、结构简单、便于实现的低剖面高增益双频双极化天线。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:一种低剖面高增益双频双极化卫星通信天线，该装置包括微带天线阵、外置馈电网络以及固定所述微带天线阵和外置馈电网络的支撑板，微带天线阵和外置馈电网络分别置于支撑板的两侧；所述微带天线阵由2mX2n个相同的微带天线子阵在平面上拼接而成，且所有微带天线子阵均匀分布，m、η均为自然数；所述外置馈电网络由功分器和同轴半钢缆连接而成；所述每个微带天线子阵的中心均设有通孔，支撑板上与通孔对应的位置开设有圆孔，通孔与圆孔同轴；
[0007]所述每个微带天线子阵的中心均依次通过通孔、圆孔与支撑板另一侧外置馈电网络中的同轴半钢缆连接；在外置馈电网络一侧，每相邻的四个圆孔通过同轴半钢缆接入同一个初级功分器，每相邻的四个初级功分器再通过同轴半钢缆汇聚至上级同一功分器，依次逐级汇聚直至顶级功分器，使得馈电点的能量均匀的分成2mX 21，然后对2mX 2。个微带天线子阵进行馈电。
[0008]本发明与现有技术相比，其显著优点是:(I)利用低剖面结构实现了具有35dB高增益的双频双极化收发共用卫星通信天线，同时采用外置的低损耗馈电网络，避免了大型微带天线阵过高的馈线损耗；(2)采用具有极低损耗特性的圆柱谐振腔功分器，同时满足了低剖面、低损耗、高增益以及双频双极化的要求；(3)具有便携的优点，当不使用时可以拆卸存放或运输，而当使用时可以很方便的组装在一起。
[0009]下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例32X32阵元天线结构的正视图。
[0011]图2为本发明实施例16X32阵元天线结构的正视图。
[0012]图3为本发明实施例8X8阵元微带天线子阵结构的正视图。
[0013]图4为本发明实施例32X32阵元天线结构的背视图。
[0014]图5为本发明实施例32X32阵元天线的外置网络连接示意图。
[0015]图6为本发明实施例圆柱谐振腔功分器的原理示意图。
[0016]图7为本发明实施例圆柱谐振腔的仿真和实测S参数曲线图，其中(a)为S11曲线图、(b)为S21曲线图。
[0017]图8为本发明实施例32X32阵元天线的实测S参数曲线图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0019]结合图1?6，本发明低剖面高增益双频双极化卫星通信天线，该装置包括微带天线阵、外置馈电网络以及固定所述微带天线阵和外置馈电网络的支撑板6，微带天线阵和外置馈电网络分别置于支撑板6的两侧；所述微带天线阵由2mX2nf相同的微带天线子阵I在平面上拼接而成，且所有微带天线子阵均匀分布，m、η均为自然数；所述外置馈电网络由功分器和同轴半钢缆连接而成；所述每个微带天线子阵I的中心均设有通孔4，支撑板6上与通孔4对应的位置开设有圆孔7，通孔4与圆孔7同轴；
[0020]所述每个微带天线子阵I的中心均依次通过通孔4、圆孔7与支撑板另一侧外置馈电网络中的同轴半钢缆连接；在外置馈电网络一侧，每相邻的四个圆孔7通过同轴半钢缆接入同一个初级功分器，每相邻的四个初级功分器再通过同轴半钢缆汇聚至上级同一功分器，依次逐级汇聚直至顶级功分器，使得馈电点的能量均匀的分成2mX 2。份，然后对2 mX 2n个微带天线子阵I进行馈电。
[0021]所述每个微带天线子阵I包括64个双频双极化微带天线单元2和微带馈电网络3，所述微带天线单元2呈8X8阵列均匀分布，该微带天线子阵I通过位于微波介质板5中心的通孔4进行底部馈电。所述微带天线阵由4X4个相同的微带天线子阵I在支撑板6上拼接而成，即呈32X32阵元微带天线阵，对应的外置馈电网络包括第一级功分网络和第二级功分网络:所述第一级功分网络包括I个顶级功分器和多条同轴半钢缆；所述第二级功分网络包括4个初级功分器和多条同轴半钢缆；所述顶级功分器的输入端口与信号源相连接，顶级功分器的4个输出端口分别与4个初级功分器的输入端口相连接，每个初级功分器的4个输出端口均与相应的微带天线子阵I相连接。
[0022]所述微带天线子阵I通过光刻工艺在单层微波介质板5上制备，其中，微波介质板5上表面为辐射部分，包括双频双极化微带天线单元2和微带馈电网络3 ;下表面是金属接地部分，微带天线子阵I利用微波介质板5中心的通孔4进行底部馈电。
[0023]所述双频双极化微带天线单元2为单馈点双频双极化天线单元，极化方式为双频双线极化或双频双圆极化。
[0024]所述双频双极化微带天线单元2间距小于I λ，λ为双频中相对较高频点的波长。
[0025]所述功分器为具有宽带低损耗性能的功分器，或者具有双频低损耗性能的功分器；所述功分器为圆柱谐振腔功分器，所述圆柱谐振腔功分器由圆柱谐振腔和多个SMA射频连接器构成，其中I个SMA连接器位于圆柱谐振腔的底部中央，其余SMA连接器均匀分布于圆柱谐振腔的腔壁。
[0026]实施例
[0027]本发明低剖面高增益双频双极化卫星通信天线由三部分构成，第一部分为是双频双极化微带天线阵，第二部分为外置的馈电网络，第三部分为支撑板。其中第一部分由多个相同的微带天线子阵拼接而成，子阵均匀分布。微带子阵由双频双极化辐射单元和微带馈线网络构成。第二部分由低损耗的功分器和低损耗的同轴半钢缆连接而成。第三部分起到固定第一和第二部分的作用。该卫星通信天线剖面低，重量轻，增益高，能够实现双频双极化收发共用，而且结构简单，便于实现。
[0028]参见图1，为本发明实施例提供的一种低剖面高增益双频双极化卫星通信天线的正面示意图。为了实现高增益，整个微带天线阵列由多个微带天线子阵I拼接构成。
[0029]示例性的，本发明中由微带天线子阵I构成的整个天线阵的规模可以是任意一种需要的规模，例如可以是如图1所示的32X32单元的阵列，也可以是如图2所示的16X32单元的阵列。本发明实施例对此不进行限制。
[0030]优选的，本发明实施例中的微带天线阵的规模是32X32单元的。
[0031]示例性的，本发明中的微带天线子阵I也可以是任意一种所需要规模的微带天线子阵，例如可以是4X4单元、4X8单元、8X8单元、8X16单元、16X16单元的子阵，本发明实施例对此不进行限制。
[0032]优选的，本发明实施例中的微带天线子阵是8X8单元的。
[0033]参见图3，为本发明实施例提供的一种8X8单元的微带天线子阵I的正面结构示意图，包括双频双极化天线单元2和微带功分网络3。该微带天线子阵I可以在单层的微波介质板5上加工而成，并通过微波介质板5上的通孔4进行底部馈电。
[0034]示例性的，本发明实施例中微带天线子阵I中的双频双极化单元2所实现的极化方式应当和与之通信的卫星的极化相一致，因此既可能是双频双圆极化，也可能是双频双线极化，本发明实施例对此不进行限制，在该实施例中给出的是双频双线极化。
[0035]示例性的，本发明实施例中微带天线子阵I中的双频双极化单元2的实现方式可以是多种多样的，例如角馈圆形贴片，角馈矩形贴片等，本发明实施例对此不进行限制，但为了进行示例性说明，在该实施例中我们给出的是角馈矩形贴片。
[0036]在制作的