L波段收发共用星载天线的制作方法

l波段收发共用星载天线
技术领域
1.本实用新型涉及卫星通信技术领域，具体涉及l波段收发共用星载天线。


背景技术：

2.近年来，在卫星通信中，为对特定区域进行有效覆盖，减少邻区干扰和提高效率，对星载天线的带宽、轴比、尺寸等提出了严格要求。
3.具体地，在某些卫星通信系统中，在宽带化的基础上要求实现天线的低剖面、宽轴比、带宽，常用的天线往往很难同时满足这三方面的要求。
4.因此，有必要设计一种能满足这些高要求的天线结构。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是：现有的天线在宽带、轴比和低剖面上难以同时满足的问题。
6.本实用新型可通过下述技术方案实现：
7.l波段收发共用星载天线，包括辐射体、介质板和地板，所述介质板和所述地板通过支撑柱连接，所述辐射体和地板之间通过同轴馈线连接，
8.所述辐射体包括上层振子贴片和下层振子贴片，所述上层振子贴片设置在所述介质板的上表面，所述下层振子贴片设置在所述介质板的下表面，
9.所述上层振子贴片包括第一振子臂和第二振子臂，所述下层振子贴片包括第三振子臂和第四振子臂，
10.所述第一振子臂和第二振子臂通过第一相位延迟曲线连接，所述第三振子臂和第四振子臂通过第二相位延迟曲线连接，
11.所述地板上设置有反射腔，所述反射腔位于所述介质板的下方。
12.本实用新型采用微带天线来实现，但是传统微带天线带宽窄、轴比低，本实用新型通过在介质板上加载双层振子贴片和增加空气腔来实现宽带化，通过增加反射腔调整波束宽度和天线增益，增大俯仰最大增益指向角度，通过调整相位延迟线来增加天线的轴比带宽，该天线工作于l频段，具有宽频带、宽波束、宽轴比、低剖面、结构简单、易于加工等特点，可以实现宽波束赋形，可应用于低轨卫星的通信中。
13.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述第一振子臂与第二振子臂呈90
°
旋转对称设置，所述第三振子臂与第四振子臂呈90
°
旋转对称设置，所述第一振子臂与所述第三振子臂呈180
°
旋转对称设置，所述第二振子臂与所述第四振子臂呈180
°
旋转对称设置。
14.本实用新型的辐射体采用金属的振子贴片设计组合而成，第一振子臂和第二振子臂在介质板的上表面间隔分布，且通过第一相位延迟曲线相互连接，第三振子臂和第四振子臂在介质板的下表面间隔分布，通过第二相位延迟曲线相互连接。
15.本实用新型通过对辐射体的具体结构设计，介质板上方的振子臂旋转180
°
正好位
于介质板下方的振子臂的正上方，使四个振子臂连续存在着90
°
的相差，构成自相移结构，发射信号从所述同轴馈线的端口进入，经辐射体的自相移结构实现信号的圆极化，并辐射到外部空间中。
16.优选地，所述第一振子臂、第二振子臂、第三振子臂和第四振子臂呈方形且作切角处理，可以进一步改善轴比。
17.进一步地，所述振子臂印制而成并贴于介质板。
18.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述反射腔包括四个围合形成方形腔体的反射面，所述反射面与所述地板垂直连接，所述反射面设置在所述下层振子贴片下方。
19.本实用新型通过设置反射腔，且与辐射体存在一定的距离，这样可以增加一个自由度用于调节天线波束宽度与增益。
20.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述同轴馈线包括内芯和外壁，所述内芯的顶部与所述第一振子臂连接，所述外壁的顶部与所述第三振子臂连接。
21.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述第一振子臂上设置有第一外延部，所述第一相位延迟曲线呈弧形弯曲连接第一外延部的外侧壁和第二振子臂的端部，所述第二振子臂上设置有第二外延部，所述第二相位延迟曲线呈弧形弯曲连接第二外延部的外侧壁和第四振子臂的端部。
22.本实用新型为了更好地实现自相移结构，采用相位延迟曲线连接两个呈90
°
旋转对称分布的振子臂，且相位延迟曲线呈270
°
弧形曲线。
23.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述第一外延部上设置有第一通孔，所述外延部上设置有第二通孔，所述第一通孔、第二通孔和介质板的中心竖向同轴分布，所述同轴馈线的内芯延伸至第一通孔内，所述同轴馈线的外壁延伸至第二通孔内，同轴馈线作为整个天线的中心，连接着地板与辐射体。
24.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述下层振子贴片与所述地板之间还连接有短路枝节。
25.短路枝节可以平衡电流，改善天线方向图的对称性，并起到支撑介质板的作用。
26.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述支撑柱为四根，分别垂直设置在所述介质板和所述地板的四角，起固定、支撑介质板的作用。
27.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述辐射体到地板之间的距离为0.51倍工作波长，所述反射腔的高度为0.35倍工作波长。
28.本实用新型设计的天线的整体高度为0.51倍工作波长，符合低剖面的要求。
29.本实用新型优选的l波段收发共用星载天线，所述第一相位延迟曲线和第二相位延迟曲线的宽度均为0.02倍工作波长，半径均为0.07倍工作波长。
30.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
31.1、本实用新型通过在介质板上加载双层振子贴片和增加空气腔来实现宽带化，通过增加反射腔调整波束宽度和天线增益，增大俯仰最大增益指向角度，通过调整相位延迟线来增加天线的轴比带宽，该天线工作于l频段，具有宽频带、宽波束、宽轴比、低剖面、结构简单、易于加工等特点，可以实现宽波束赋形，可应用于低轨卫星的通信中。
32.2、本实用新型通过结构改进和尺寸设计，具体通过调节相位延迟线的半径大小、
线宽获得良好的轴比带宽；通过调节地板距辐射体的距离与调整反射腔的高度获得良好的波束宽度和增益，最终实现l波段收发共用星载天线的宽轴比和宽波束。
附图说明
33.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
34.图1为本实用新型天线的模型结构示意图；
35.图2为本实用新型上层振子贴片的模型结构示意图；
36.图3为本实用新型下层振子贴片的模型结构示意图；
37.图4为本实用新型的天线的侧视示意图；
38.图5为本实用新型的轴向轴比曲线图；
39.图6为本实用新型的驻波曲线图；
40.图7为本实用新型的阻抗特性曲线图；
41.图8为本实用新型的轴比曲线图；
42.图9为本实用新型的增益曲线图；
43.附图中标记及对应的零部件名称：
[0044]1‑
辐射体，10
‑
第一振子臂，100
‑
第一外延部，11
‑
第二振子臂，110
‑
第二外延部，12
‑
第三振子臂，13
‑
第四振子臂，2
‑
介质板，3
‑
支撑柱，4
‑
反射腔，5
‑
同轴馈线，6
‑
短路枝节，7
‑
相位延迟曲线，70
‑
第一相位延迟曲线，71
‑
第二相位延迟曲线。
具体实施方式
[0045]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
[0046]
实施例1
[0047]
如图1
‑
图4所示，l波段收发共用星载天线，包括辐射体1、介质板2和地板，所述介质板2和所述地板通过支撑柱3连接，所述辐射体1和地板之间通过同轴馈线5连接，所述辐射体1包括上层振子贴片和下层振子贴片，所述上层振子贴片设置在所述介质板2的上表面，所述下层振子贴片设置在所述介质板2的下表面，所述上层振子贴片包括第一振子臂10和第二振子臂11，所述下层振子贴片包括第三振子臂12和第四振子臂13，所述第一振子臂10和第二振子臂11通过第一相位延迟曲线70连接，所述第三振子臂12和第四振子臂13通过第二相位延迟曲线71连接，所述地板上设置有反射腔4，所述反射腔4位于所述介质板2的下方。
[0048]
本实用新型采用微带天线来实现，但是传统微带天线带宽窄、轴比低，本实用新型通过在介质板2上加载双层振子贴片和增加空气腔来实现宽带化，通过增加反射腔4调整波束宽度和天线增益，增大俯仰最大增益指向角度，通过调整相位延迟线7来增加天线的轴比带宽，该天线工作于l频段，具有宽频带、宽波束、宽轴比、低剖面、结构简单、易于加工等特点，可以实现宽波束赋形，可应用于低轨卫星的通信中。
[0049]
所述第一振子臂10与第二振子臂11呈90
°
旋转对称设置，所述第三振子臂12与第
四振子臂13呈90
°
旋转对称设置，所述第一振子臂10与所述第三振子臂12呈180
°
旋转对称设置，所述第二振子臂11与所述第四振子臂13呈180
°
旋转对称设置。
[0050]
本实用新型的辐射体1采用金属的振子贴片设计组合而成，第一振子臂10和第二振子臂11在介质板2的上表面间隔分布，且通过第一相位延迟曲线70相互连接，第三振子臂12和第四振子臂13在介质板2的下表面间隔分布，通过第二相位延迟曲线71相互连接。
[0051]
本实用新型通过对辐射体1的具体结构设计，介质板2上方的振子臂旋转180
°
正好位于介质板2下方的振子臂的正上方，使四个振子臂连续存在着90
°
的相差，构成自相移结构，发射信号从所述同轴馈线5的端口进入，经辐射体1的自相移结构实现信号的圆极化，并辐射到外部空间中。
[0052]
所述振子臂印制而成并贴于介质板2。
[0053]
所述反射腔4包括四个围合形成方形腔体的反射面，所述反射面与所述地板垂直连接，所述反射面设置在所述下层振子贴片下方。
[0054]
本实用新型通过设置反射腔4，且与辐射体1存在一定的距离，这样可以增加一个自由度用于调节天线波束宽度与增益。
[0055]
所述同轴馈线5包括内芯和外壁，所述内芯的顶部与所述第一振子臂10连接，所述外壁的顶部与所述第三振子臂12连接。
[0056]
所述第一振子臂10上设置有第一外延部100，所述第一相位延迟曲线70呈弧形弯曲连接第一外延部100的外侧壁和第二振子臂11的端部，所述第二振子臂11上设置有第二外延部110，所述第二相位延迟曲线71呈弧形弯曲连接第二外延部110的外侧壁和第四振子臂13的端部。
[0057]
本实用新型为了更好地实现自相移结构，采用相位延迟曲线7连接两个呈90
°
旋转对称分布的振子臂，且相位延迟曲线7呈270
°
弧形曲线。
[0058]
所述第一外延部100上设置有第一通孔，所述外延部上设置有第二通孔，所述第一通孔、第二通孔和介质板2的中心竖向同轴分布，所述同轴馈线5的内芯延伸至第一通孔内，所述同轴馈线5的外壁延伸至第二通孔内，同轴馈线5作为整个天线的中心，连接着地板与辐射体1。
[0059]
所述下层振子贴片与所述地板之间还连接有短路枝节6，短路枝节6可以平衡电流，改善天线方向图的对称性，并起到支撑介质板2的作用。
[0060]
实施例2
[0061]
本实施例与实施例1的区别在于，所述介质板2呈方形，所述反射腔4呈四方腔体结构，所述第一振子臂10、第二振子臂11、第三振子臂12和第四振子臂13呈方形且作切角处理，可以进一步改善轴比，所述支撑柱3为四根，分别垂直设置在所述介质板2和所述地板的四角，起固定、支撑介质板2的作用。
[0062]
实施例3
[0063]
本实施例与实施例2的区别在于，所述辐射体1到地板之间的距离为0.51倍工作波长，所述反射腔4的高度为0.35倍工作波长。
[0064]
所述第一振子臂10、第二振子臂11、第三振子臂12和第四振子臂13的宽度为0.23倍工作波长，所述振子臂的宽度是指外延部所在边与其对边之间的距离。
[0065]
本实用新型设计的天线的整体高度为0.51倍工作波长，符合低剖面的要求。
[0066]
所述第一相位延迟曲线70和第二相位延迟曲线71的宽度均为0.02倍工作波长，半径均为0.07倍工作波长，所述第一相位延迟曲线70和第二相位延迟曲线71的长度约等于工作波长的四分之一。
[0067]
所述第一外延部100和第二外延部110的长度为0.1倍工作波长。
[0068]
对本实施例的天线的性能性能表征：
[0069]
(1)天线的轴向轴比曲线：
[0070]
如图5所示，在轴比为3db时，频率经归一化处理后，f1＝0.715，f2＝0.86，根据相对带宽的计算公式：2*(f2
‑
f1)/(f2+f1)得到相对宽度为18.4％。
[0071]
(2)天线的驻波曲线：
[0072]
如图6所示，在驻波比为1.3时，频率经归一化处理后，f3＝0.44，f2＝0.793，根据相对带宽的计算公式：2*(f4
‑
f3)/(f3+f4)得到相对宽度为57.3％。
[0073]
(3)天线的阻抗特性曲线
[0074]
如图7所示，在s11为
‑
10db时，频率经归一化处理后，f5＝0.403，f6＝0.916，根据相对带宽的计算公式：2*(f6
‑
f5)/(f5+f6)得到相对宽度为77.8％。
[0075]
(4)天线的轴比曲线和增益曲线：
[0076]
如图8所示的轴比曲线和图9所示的增益曲线，从两个图中可以看出，在频率为1.575ghz时的轴比和增益情况如下表1所示：
[0077]
表1.频率为1.575ghz时的轴比和增益情况
[0078] 0
°
45
°
90
°
ar＝3db
‑
78.93
°
～83.95
°‑
70.74
°
～79.67
°‑
79.54
°
～91.7
°
gain＝1.5db
‑
59.59
°
～59.22
°‑
60.99
°
～62.14
°‑
58.39
°
～60.6
°
[0079]
从上述图1
‑
9和表1可以看出，本实施例的天线具有宽频带、宽波束、宽轴比、低剖面的特性，满足低轨卫星的通信要求。
[0080]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。