天线的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种天线，用于采用反射杯的结构来降低宽波束天线单元的后向辐射，其包括：宽波束天线单元，具有小型化结构，实现射频能量的向外辐射并且具有大后瓣电平；反射杯，被安装在宽波束天线单元的底部，阻挡宽波束天线单元的投射到载体表面上的后向辐射能量，进而避免由于后瓣电平的能量经过载体表面反射后对宽波束天线单元的有效覆盖区域的干扰。因此，本发明大大降低了宽波束天线对载体环境的敏感性，便于其布局与安装，大大改善了数传信道质量，且本发明易于实施，对改善宽波束天线与星体的兼容性效果明显，具有良好的推广应用价值，反射杯的使用在满足天线自身与载体的兼容性的同时也有利于改善天线与载体环境其它天线之间的兼容性。
【专利说明】
天线
技术领域
[0001]本发明涉及一种天线结构，具体涉及一种能有效降低宽波束天线后瓣的天线，该天线结构被应用在宽波束天线中，能够有效降低天线的后瓣电平。
【背景技术】
[0002]宽波束天线在航空航天、卫星导航等领域有广泛的应用。宽波束天线覆盖范围要求宽，一般为与波长相当的小型化天线，其后向辐射电平一般较高，当其安装在载体表面后，载体表面反射对主辐射区域的覆盖特性会有明显的变化。
[0003]随着系统应用技术的发展，天线在有效覆盖区域内的覆盖性能要求越来越高，载体反射对天线覆盖区覆盖性能的影响在很多应用领域已不能忽略，如何降低该影响，保证系统性能与功能的实现已成为天线系统工程的重要研究方向。
[0004]例如，在星地数传系统中，数传码速率明显提高，数传天线所需频带宽度也相应提高。数传频带内的数传天线频谱稳定性对于数传链路数据传输质量有重要影响。
[0005]因此，在航天器小型化数传天线的应用中，其后瓣电平投射到星体表面后导致的对有效辐射区域的干扰严重影响了数传天线的频谱稳定性，已不能满足小型化数传天线在高码速率数据传输系统中的应用需求。迫切需要一种方案，能够在不明显增大天线口径的前提下，明显降低天线的后瓣能量对天线自身的干扰影响，满足小型化天线在系统中的进一步应用需求。
【发明内容】
[0006]改善天线在载体环境下的辐射特性，需要明显减小投射到星体表面的能量，而小型化宽波束天线的特点决定了其后瓣电平相对较高。因此，为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种方案，与小型化宽波束天线配合使用，降低天线投射到载体表面的后瓣能量。从而改善天线的系统应用效果。
[0007]本发明提供了一种天线，用于采用反射杯的结构来降低宽波束天线单元的后向辐射，其包括:宽波束天线单元，具有小型化结构，用于实现射频能量的向外辐射并且具有大后瓣电平；以及反射杯，被安装在宽波束天线单元的底部，用于阻挡宽波束天线单元的投射到载体表面上的后向辐射能量，进而避免由于后瓣电平的能量经过载体表面反射后对宽波束天线单元的有效覆盖区域的干扰。
[0008]额外地，根据本发明的天线还包括:吸波材料，根据反射杯对后向能量的反射影响的接受情况，附着在反射杯的内表面，用于有效吸收宽波束天线单元的后向辐射能量，从而降低由于宽波束天线单元的后向辐射能量经过反射杯的反射后对住辐射区域内的覆盖特性的干扰。
[0009]吸波材料附着在反射杯的内表面的方式至少包括:喷涂、和粘接。
[0010]优选地，反射杯由金属导电材料制成。而相对于产品重量控制要求高的应用领域，反射杯可以由碳纤维材料制成。
[0011]具体地，反射杯的锥角和口径的尺寸取决于宽波束天线单元的平均辐射中心位置以及后瓣特性情况。
[0012]因此，与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果:
[0013]I)以X波段地球匹配赋形波束天线为例，通过反射杯的使用，使双线螺旋数传天线的后向辐射电平在原基础上降低了 1dB以上，且没有成片的后向辐射，大大降低了宽波束天线对载体环境的敏感性，便于其布局与安装，而数传天线使用反射杯以后的辐射特性在装星后没有发生明显改变，大大改善了数传信道质量；
[0014]2)本发明简单易于实施，且对改善宽波束天线与星体的兼容性效果明显，具有良好的推广应用价值；以及
[0015]3)反射杯的使用在满足天线自身与载体的兼容性的同时也有利于改善天线与载体环境其它天线之间的兼容性。
【附图说明】
[0016]图1是本发明【具体实施方式】所涉及的双线螺旋天线单元的结构示意图；
[0017]图2是本发明【具体实施方式】所涉及的双线螺旋天线单元的方向图；
[0018]图3是本发明【具体实施方式】所涉及的双线螺旋天线加反射杯的结构示意图；
[0019]图4示出了本发明【具体实施方式】所涉及的加反射杯后的天线覆盖方向图特性；
[0020]图5示出了是本发明【具体实施方式】所涉及的原双线螺旋天线单元在星体环境下的覆盖特性；以及
[0021]图6示出了是本发明【具体实施方式】所涉及的加反射杯后的原双线螺旋天线单元在星体条件下的覆盖特性。
【具体实施方式】
[0022]应了解，本发明通过在宽波束天线底部安装一个一定口径的反射杯，天线单元绝大多数的后向辐射能量投射到该反射杯上，从而不再投射到星体表面，避免了后瓣能量在载体环境下对主向辐射特性的干扰影响。通过在反射杯内表面使用吸波材料，吸收天线的后向福射能量，以此减小反射杯反射对主向福射特性的干扰影响。反射杯的锥角以及口径尺寸根据天线单元平均辐射中心位置以及后瓣特性情况确定。
[0023]具体地，本发明在小型化的宽波束天线单元的基础上，使用带吸波材料的反射杯结构，明显降低其后向辐射。同时对天线单元的覆盖区内的覆盖特性影响小。该天线结构包括:
[0024]小型化的宽波束天线单元，实现射频能量的向外辐射，另外，该天线单元一般拥有较大的后瓣电平；
[0025]反射杯用于阻挡小型化宽波束天线单元的后向辐射能量，使之不投射到载体表面，进而避免由于后瓣能量经载体表面反射后对有效覆盖区域的干扰；以及
[0026]吸波材料附着在反射杯的内表面，吸收宽波束天线单元的后向辐射能量，降低由于数传天线单元后向辐射能量经反射杯反射以后对主辐射区域内的覆盖特性的干扰影响。
[0027]其中，反射杯采用金属导电材料制成，而对于对产品重量控制高的应用领域如航天应用领域，可采用碳纤维材料制成。
[0028]而吸波材料可采用喷涂或粘接等方式附着在反射杯的内壁。
[0029]在反射杯对后向能量的反射影响可以接受的情况下，反射杯可单独使用，即不使用吸波材料。
[0030]下面结合附图1-6及【具体实施方式】对本发明进行详细说明。附图1-6以中低轨道卫星用小型化地球匹配赋形波束数传天线为例对本发明【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0031]首先，选择合适的反射杯口径及高度参数，在不影响天线单元辐射的情况下使天线单元的后向辐射能量尽可能多地投射到反射杯上。根据双线螺旋天线的固有辐射特性，如图2所示，该天线的后瓣覆盖角域范围为±75°，主向覆盖区域范围为±70°，反射杯的口面应当不高出双线螺旋天线的辐射中心位置。如图3所示，反射杯锥角为91.5°，反射杯口面位于螺旋线中心高度，口面直径为300mm，正好能够阻挡天线的整个后向辐射区域。且反射杯对天线本体的辐射影响较小。反射杯形状及参数可以根据具体的设计约束条件进行调整。
[0032]另外，反射杯杯体采用碳纤维复合材料，通过模具一体成型，具有质量轻、强度高、与吸波材料涂层结合力好的优点。而在无重量要求以及力学环境要求的情况下，反射杯的材料可以选用任何金属材料。
[0033]在碳纤维反射杯内表面喷涂吸波材料，该吸波材料在X频段(8?9GHz)的吸波性能优于10dB，厚度小于1mm。在其它应用环境吸波材料可以采用任意形式，与反射杯的连接方式也可以任意设计。
[0034]通过粘接或者螺接的方式将反射杯与双线螺旋天线法兰连接为一体，反射杯成为天线的一部份。
[0035]因此，以X波段地球匹配赋形波束天线为例，通过图3中的反射杯的使用，使图1的双线螺旋数传天线的后向辐射电平在图2的原基础上降低了 1dB以上，且没有成片的后向辐射(如图4所示)，大大降低了宽波束天线对载体环境的敏感性，便于其布局与安装。数传天线使用反射杯以后的辐射特性在装星后没有发生明显改变，大大改善了数传信道质量(如图5和6所示)。
[0036]另外，本发明简单易于实施，且对改善宽波束天线与星体的兼容性效果明显，具有良好的推广应用价值。反射杯的使用在满足天线自身与载体的兼容性的同时也有利于改善天线与载体环境其它天线之间的兼容性。
[0037]综上所述，本发明的背射双线螺旋地球匹配赋形波束天线在中低轨道航天器对地数传系统中广泛应用。该天线具有体积小重量轻、功率容量大等优点。该天线小的口径决定了其具有较大的后瓣电平，该后向能量投射到星体上，经星体反射后与主向辐射电平叠加，从而使对地数传无线链路在空间产生明显的波动，进而影响地面数据接收质量。该发明通过在天线底部增加带吸波材料的反射杯结构，在保证天线单元的辐射特性的同时，使天线的后向辐射能量不直接投射到星体上，实现了大大降低天线的后瓣电平达1dB以上，使之具有对星体的不敏感性，便于在不同型号中推广应用。该发明适用于宽波束天线的抗载体安装环境干扰设计。
[0038]当然，对本发明的各组成部件、位置关系及连接方式在不改变其功能的情况下，进行的等效变换或替代，也落入本发明的保护范围。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1.一种天线，用于采用反射杯的结构来降低宽波束天线单元的后向辐射，其特征在于，包括: 所述宽波束天线单元，具有小型化结构，用于实现射频能量的向外辐射并且具有大后瓣电平；以及 所述反射杯，被安装在所述宽波束天线单元的底部，用于阻挡所述宽波束天线单元的投射到载体表面上的后向辐射能量，进而避免由于所述后瓣电平的能量经过所述载体表面反射后对所述宽波束天线单元的有效覆盖区域的干扰。2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括: 吸波材料，根据所述反射杯对所述后向能量的反射影响的接受情况，附着在所述反射杯的内表面，用于有效吸收所述宽波束天线单元的后向辐射能量，从而降低由于所述宽波束天线单元的后向辐射能量经过所述反射杯的反射后对住辐射区域内的覆盖特性的干扰。3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述吸波材料附着在所述反射杯的内表面的方式至少包括:喷涂、和粘接。4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述反射杯由金属导电材料制成。5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，相对于产品重量控制要求高的应用领域，所述反射杯由碳纤维材料制成。6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述反射杯的锥角和口径的尺寸取决于所述宽波束天线单元的平均辐射中心位置以及后瓣特性情况。
【文档编号】H01Q17/00GK105896101SQ201510036113
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月23日
【发明人】杨小勇, 董楠, 韩运忠
【申请人】北京空间飞行器总体设计部