一种低剖面平板动中通天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种低剖面平板动中通天线，包括天线阵面、正交模耦合器和馈电网络，进一步地，天线阵面包括角锥喇叭天线单元，馈电网络包括垂直极化馈电网络和水平极化馈电网络，天线阵面为角锥喇叭天线单元阵列排布，角锥喇叭天线单元与正交模耦合器级联，垂直极化馈电网络与正交模耦合器级联，水平极化馈电网络与正交模耦合器级联。
【专利说明】
一种低剖面平板动中通天线
技术领域
[0001]本实用新型涉及卫星通信领域，尤其涉及一种低剖面平板动中通天线。
【背景技术】
[0002]动中通天线的设计是卫星移动通信系统中的关键技术。它针对车载、船载和机载等移动载体通信的使用需求，可在载体快速移动中实现长时间、不间断的高速率信息传输；同时，可充分满足应急通信保障系统中高标准、高可靠性的要求，能广泛应用于新闻采集、应急指挥等领域。
[0003]对动中通天线而言，其关键技术是如何通过采用最小的口径、最低的剖面，实现最优的天线性能，从而使通信系统中信息速率的传输达到最大。目前主要有反射面天线、透镜天线和阵列天线三种结构实现形式。第一代动中通天线以抛物反射面天线为主，这类天线的优点是频带宽，旁瓣特性较好，且设计简单、易于实现。然而其体积和重量较大，一般应用于大型移动载体。介质透镜天线以其扫描时增益基本不下降及具有低剖面等优点，而被应用于多频段、扫描范围大的中低轮廓动中通天线。平板阵列天线以其效率高、重量轻及体积小等优点，已成为动中通天线的主要发展方向。一般分为单组阵列和多组阵列两种类型，天线均采用两维机械扫描体制。多组阵列天线的优点是低轮廓，可实现收发共用。然而在低仰角时因片间有遮挡效应会造成增益损失，在高仰角时因片间距较大将导致副瓣抬高。相对而言，单组阵列天线组阵灵活，天线剖面低且可实现收发共用，是当前的主流形式。以色列Starling公司研制的Mi jet系列Ku波段动中通天线采用背腔馈电单元，微带、波导混合馈电网络，其天线直径为960mm，高度为IgOmmc3RaySat公司研制的E7000型动中通天线均采用波导喇机馈电单元，纯波导馈电网络，天线馈电损耗较小。其天线直径为1300mm，高300mm。上述两种动中通天线性能良好，然而其口径尺寸和剖面相对而言仍有进一步优化的空间。
【实用新型内容】
[0004]为降低天线的剖面和口径尺寸，本实用新型提供一种一体化设计的低剖面平板动中通天线。
[0005]具体的技术解决方案如下:
[0006]—种低剖面平板动中通天线，包括天线阵面、正交模耦合器和馈电网络，其中，
[0007]所述天线阵面通过角锥喇叭天线单元阵列排布得到，所述馈电网络包括垂直极化馈电网络和水平极化馈电网络，所述角锥喇叭天线单元与所述正交模耦合器级联，所述垂直极化馈电网络与所述正交模耦合器级联，所述水平极化馈电网络与所述正交模耦合器级耳关。
[0008]所述角锥喇叭天线单元数量为~=沁\他，其中沁为列数，他为行数，仏彡8仏，沁、仏均为偶数。
[0009]所述天线阵面的矩形开口尺寸A = LXH,其中L为长，H为宽，L彡4H。
[0010]所述角锥喇叭天线单元的矩形开口尺寸a= I Xh，其中I为宽，h为长，I<h，I <λ，λ为工作频段在自由空间中的最小波长。
[0011]所述角锥喇叭天线单元上设有金属栅格，所述金属栅格将所述角锥喇叭天线单元的矩形开口等分成两个长度为I的正方形开口，使得天线同时传输水平极化波和垂直极化波，且所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面的相位一致，其中L = N1IH=N2K
[0012]所述正交模耦合器设有第一连接面、第二连接面和第三连接面，所述第一连接面与所述角锥喇叭天线单元级联，所述第二连接面与所述垂直极化馈电网络级联，所述第三连接面与所述水平极化馈电网络级联，所述第二连接面平行于所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面，所述第三连接面垂直于所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面。馈电信号从所述第一连接面输入所述正交模親合器，所述正交模親合器将馈电信号分解成垂直极化波和水平极化波，分别从所述第二连接面和所述第三连接面输出。
[0013]所述第一连接面和所述角锥喇叭天线单元级联的矩形开口面为正方形。
[0014]所述角锥喇叭天线单元在垂直于其矩形开口面方向上的长度1x^2.5λ。
[0015]所述垂直极化馈电网络包括五级波导功分器，所述五级波导功分器由E面波导功分器和H面波导功分器混合级联，所述水平极化馈电网络包括四级波导功分器，所述四级波导功分器由E面波导功分器和H面波导功分器混合级联。
[0016]所述垂直极化馈电网络和所述水平极化馈电网络在垂直于所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面方向上的长度为12，其中I2彡2.6λ。
[0017]本实用新型的有益技术效果体现在以下方面:
[0018]1.本实用新型提供的天线阵面、正交模耦合器和馈电网络一体化设计，改善了加工工艺性，更方便加工;同时，减少了天线安装工作量；
[0019]2.本实用新型提供的天线的剖面较低，剖面高度不大于5.1λ;
[0020]3.本实用新型提供的天线由多腔体构成，自身结构强度高。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型提供的低剖面平板动中通天线结构示意图；
[0022]图2(a)是本实用新型提供的天线阵面主视图；
[0023]图2(b)是本实用新型提供的天线阵面斜视图；
[0024]图3是本实用新型提供的垂直极化馈电网络结构示意图；
[0025]图4是本实用新型提供的水平极化馈电网络结构示意图；
[0026]图5(a)是本实用新型提供的馈电网络中的E面波导功分器的主视图；
[0027]图5(b)是本实用新型提供的馈电网络中的E面波导功分器的立体结构示意图；
[0028]图6(a)是本实用新型提供的馈电网络中的H面波导功分器的主视图；
[0029]图6(b)是本实用新型提供的馈电网络中的H面波导功分器的立体结构示意图；
[0030]图7是图1实施例的仿真驻波曲线图；
[0031]图8是图1实施例的仿真远场方向图；
[0032]图中，1-角锥喇叭天线单元;2-金属栅格;3-正交模耦合器;4-垂直极化馈电网络；5-水平极化馈电网络。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图，通过具体实施例对本实用新型作进一步地描述。
[0034]本实施例是工作与Ku波段的低剖面平板动中通天线，接收的工作频段为:10.7GHZ-12.75GHz，发射的工作频段为:13.75GHz_14.5GHz。
[0035]参见图1，低剖面平板动中通天线包括天线阵面、正交模耦合器3和馈电网络，其中，所述天线阵面通过角锥喇叭天线单元I阵列排布得到，馈电网络包括垂直极化馈电网络4和水平极化馈电网络5，角锥喇叭天线单元I与正交模耦合器3级联，垂直极化馈电网络4与水平极化馈电网络5混合级联，垂直极化馈电网络4与正交模耦合器3级联，水平极化馈电网络5与正交模耦合器3级联。正交模耦合器3设有第一连接面D1、第二连接面D2和第三连接面D3，第一连接面Dl与角锥喇叭天线单元I级联，第二连接面D2与垂直极化馈电网络4级联，第三连接面D3与水平极化馈电网络5级联，第二连接面D2平行于角锥喇叭天线单元I的矩形开口面，第三连接面D3垂直于角锥喇叭天线单元I的矩形开口面。馈电信号从所述第一连接面Dl输入所述正交模耦合器3，所述正交模耦合器3将馈电信号分解成垂直极化波和水平极化波，分别从所述第二连接面D2和所述第三连接面D3输出。
[0036]参见图2，角锥喇叭天线单元I数量为N = N1 XN2,其中沁为列数，他为行数，N08N2，N^N2均为偶数;天线阵面的矩形开口尺寸A = LXH,其中L为长，H为宽，L彡4H;角锥喇叭天线单元I的矩形开口尺寸a = lXh，其中I为宽，h为长，1<?!，1<λ，λ为工作频段在自由空间中的最小波长。
[0037]综合参见图1和图2，角锥喇叭天线单元I上设有金属栅格2，金属栅格2将角锥喇叭天线单元I的矩形开口等分成两个长度为I的正方形开口，使得天线同时传输水平极化波和垂直极化波，且角锥喇叭天线单元I的矩形开口面的相位一致，其中L = N1I，H=N2h。第一连接面Dl和角锥喇叭天线单元I级联的矩形开口面为正方形。角锥喇叭天线单元I在垂直于其开口面方向上的长度1x^2.5λ。垂直极化馈电网络4和水平极化馈电网络5在垂直于角锥喇叭天线单元I的矩形开口面方向上的长度为12，其中I2彡2.6λ。
[0038]参见图3至图6，垂直极化馈电网络包括五级波导功分器，所述五级波导功分器由E面波导功分器和H面波导功分器混合级联，所述水平极化馈电网络包括四级波导功分器，所述四级波导功分器由E面波导功分器和H面波导功分器混合级联。
[0039]参见图7，其中横坐标为频率变量，单位为GHz;纵坐标为驻波VSWR幅度变量。本实施例接收工作频带为10.7GHZ-12.75GHz，发射工作频带为13.75GHz-14.5GHz，第二连接面D2和第三连接面D3的驻波在工作频带内均小于1.8。
[0040]参见图8，其中横坐标为角度变量，单位为deg；纵坐标为远场方向图增益幅度变量，单位为dB ACC为国外标准47CFR25.209中，南北玮35°范围内定义的旁瓣包络曲线。从图中可明显看出，在工作频率为14.088GHz时，天线的增益远场方向图在俯仰方向为0°、10°、20°、30°、40°范围内均符合FCC旁瓣包络曲线要求。
[0041]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，对本实用新型所做的变形或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种低剖面平板动中通天线，其特征在于:包括天线阵面、正交模耦合器和馈电网络，其中， 所述天线阵面通过角锥喇叭天线单元阵列排布得到，所述馈电网络包括垂直极化馈电网络和水平极化馈电网络，所述角锥喇叭天线单元与所述正交模耦合器级联，所述垂直极化馈电网络与所述水平极化馈电网络混合级联，所述垂直极化馈电网络与所述正交模耦合器级联，所述水平极化馈电网络与所述正交模耦合器级联。2.根据权利要求1所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述角锥喇叭天线单元数量为N=N1 XN2,其中见为列数，N2为行数，N08HN2均为偶数。3.根据权利要求1所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述天线阵面的矩形开口尺寸A = LXH,其中L为长，H为宽，L彡4H。4.根据权利要求3所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述角锥喇叭天线单元的矩形开口尺寸a = I Xh，其中h为长，I为宽，I<h，I<λ，λ为工作频段在自由空间中的最小波长。5.根据权利要求4所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述角锥喇叭天线单元上设有金属栅格，所述金属栅格将所述角锥喇叭天线单元矩形开口等分成两个长度为I的正方形开口，使得天线同时传输水平极化波和垂直极化波，且所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面的相位一致，其中L = Nil，H=N2h。6.根据权利要求1所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述正交模耦合器设有第一连接面、第二连接面和第三连接面，所述第一连接面与所述角锥喇叭天线单元级联，所述第二连接面与所述垂直极化馈电网络级联，所述第三连接面与所述水平极化馈电网络级联，所述第二连接面平行于所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面，所述第三连接面垂直于所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面。7.根据权利要求6所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述第一连接面和所述角锥喇叭天线单元级联的矩形开口面为正方形。8.根据权利要求1所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述角锥喇叭天线单元在垂直于其矩形开口面方向上的长度1:^2.5λ，λ为工作频段在自由空间中的最小波长。9.根据权利要求1所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述垂直极化馈电网络包括五级波导功分器，所述五级波导功分器由E面波导功分器和H面波导功分器混合级联，所述水平极化馈电网络包括四级波导功分器，所述四级波导功分器由E面波导功分器和H面波导功分器混合级联。10.根据权利要求1所述的低剖面平板动中通天线，其特征在于:所述垂直极化馈电网络和所述水平极化馈电网络在垂直于所述角锥喇叭天线单元的矩形开口面方向上的长度为12，其中I2彡2.6λ，λ为工作频段在自由空间中的最小波长。
【文档编号】H01Q13/02GK205646177SQ201620407719
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】郑文泉, 薛玲珑, 胡俊毅, 孙竹, 黄理勇
【申请人】上海航天测控通信研究所, 上海航天卫星应用有限公司