卫星通信滤波天线单元、共口径天线阵列及通信设备

本发明涉及一种卫星通信滤波天线单元、共口径天线阵列及通信设备，属于无线通信。

背景技术：

1、随着无线通信技术的发展，卫星通信对于国防和商业的发展有重要意义。对于商业应用，星地融合通信系统能够完成现有地面通信系统覆盖不足的问题，从而成为下一代通信系统的热点研究方向。而卫星通信系统对于卫星收发天线的要求日趋于小型化和高集成度，特别是对于星载天线来说，天线布置空间有限，现有的收发天线分离式布局方式难以满足小型化和高集成度的要求，但收发天线采用共口径布局又会带来收发天线间耦合严重的问题，无法达到卫星通信对于收发天线间的高隔离度要求，采用微带滤波器进行滤波，则又无法避免微带滤波器尺寸较大的问题，而使用独立的滤波芯片则会带来更高的制造成本。而滤波天线能够在较小的尺寸下完成带外增益抑制，从而实现共口径收发天线间较好的隔离度，是星载卫星通信天线的良好选择方案。

2、然而，在实现过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的共口径卫星通信天线存在收发天线间耦合严重的问题，在不使用额外的滤波器的情况下，难以达到卫星通信系统对于收发天线间的隔离度要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种卫星通信滤波天线单元、卫星通信滤波共口径天线阵列及通信设备，其可以解决现有技术在共口径卫星收发天线间存在严重的耦合，难以达到卫星通信系统的隔离度要求的问题，在满足高集成化的同时，实现了较好的高低频天线间隔离性能和较高的集成化设计，能够满足星载卫星通信的要求，是星载卫星天线的良好选择。

2、本发明的第一个目的在于提供一种卫星通信滤波天线单元。

3、本发明的第二个目的在于提供一种卫星通信滤波共口径天线阵列。

4、本发明的第三个目的在于提供一种通信设备。

5、本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

6、一种卫星通信滤波天线单元，包括高频滤波天线和低频滤波天线，所述高频滤波天线为两个，一个高频滤波天线设置在低频滤波天线的口径面上方，构成高低频上下布局的滤波天线，另一个高频滤波天线设置在低频滤波天线的侧面；

7、所述高频滤波天线包括从上到下依次设置的主辐射体、第一寄生贴片、第二寄生贴片和第一地板，所述第一寄生贴片与主辐射体共同产生两个带内谐振模式和一个带外辐射零点，所述第二寄生贴片与主辐射体共同产生一个辐射零点，所述第一地板与主辐射体共同产生一个辐射零点；

8、所述低频滤波天线包括磁偶极子、第一电偶极子、第三寄生贴片和第二地板，所述第一电偶极子位于第二地板的上方，所述磁偶极子和第三寄生贴片均位于第一电偶极子的上方，所述第三寄生贴片与第一电偶极子共同产生一个辐射零点，所述磁偶极子与第一电偶极子共同产生一个辐射零点，所述第二地板与第一地板连接。

9、进一步的，所述主辐射体包括第二电偶极子，所述第二电偶极子包括第一振子臂，所述第一振子臂为四个，四个第一振子臂中心对称设置，每个第一振子臂的外侧末端向两侧设置有延长线，形成t形结构，四个第一振子臂的内侧之间具有间隙。

10、进一步的，所述第一寄生贴片和第二寄生贴片均为环状结构，所述第二寄生贴片设置有四个内折u形结构，四个内折u形结构呈90度旋转对称设置。

11、进一步的，所述磁偶极子包括磁偶极子臂，所述磁偶极子臂为四个，每个磁偶极子臂为扇形结构，四个磁偶极子臂中心对称设置，四个磁偶极子臂之间具有十字形间隙，所述第三寄生贴片为十字形贴片，第三寄生贴片位于十字形间隙内。

12、进一步的，所述第二电偶极子包括第二振子臂，所述第二振子臂为四个，四个第二振子臂中心对称设置，形成与第三寄生贴片相对应的十字形结构。

13、进一步的，所述第一地板的主体部分为圆柱体结构，第一地板的边缘设置有短路围墙和矩形延伸部分，所述短路围墙向上延伸，所述矩形延伸部分为四个，四个矩形延伸部分间隔90度对称布置。

14、进一步的，所述高频滤波天线和低频滤波天线均为探针四点馈电，采用0-90-180-270度等幅度信号馈电，形成圆极化辐射特性。

15、进一步的，所述高频滤波天线和低频滤波天线均为探针四点馈电，采用两组0-180度差分信号馈电，形成双线极化辐射特性。

16、本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

17、一种卫星通信滤波共口径天线阵列，包括多个上述的卫星通信滤波天线单元。

18、本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

19、一种通信设备，包括上述的卫星通信滤波天线单元，或包括上述的卫星通信滤波共口径天线阵列。

20、本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

21、1、本发明的天线单元不包含滤波电路，滤波特性均由天线自身辐射体结构所产生，故没有复杂的滤波电路，设计简便；并且避免了引入滤波电路带来的插入损耗，所以在工作频带内，拥有较高的辐射效率。

22、2、本发明的天线单元中，高频滤波天线不仅通过引入两个寄生贴片而引入两个辐射零点，高频滤波天线地板与主辐射体耦合，也能产生一个辐射零点，从而在使用简单的滤波结构的前提下，引入了两个带外辐射零点，其中两个辐射零点位于低频滤波天线工作频段，能够显著地抑制高频滤波天线在低频段的辐射，从而实现较好的低频带内隔离度。

23、3、本发明的天线单元中，低频滤波天线通过引入一个磁偶极子和一个寄生贴片，拓宽了工作频段，并且分别与电偶极子作用，产生了两个辐射零点，能够显著地抑制低频滤波天线在高频段的辐射，从而实现较好的高频带内隔离度。

24、4、本发明的天线单元中，高频滤波天线具有较好的独立性，在去除低频滤波天线之后，其工作性能变化较小，可以直接使用，无需重新设计高频滤波天线，减小了工程设计难度，缩短了工程设计时间。

25、5、本发明的天线单元中，高频滤波天线和低频滤波天线在各自工作频带内均隔离良好，两频段滤波天线在低频带内隔离大于50db，在高频带内隔离大于60db。

26、6、本发明的天线单元设计简单，方向图稳定，低频增益大于7.7db，波宽75度，高频增益大于4.3db，波宽130-140度，没有明显的畸变，辐射性能良好。

27、7、本发明的滤波天线采用0-90-180-270度四点馈电，形成圆极化滤波天线单元，能够带来较好的圆极化轴比带宽，也可以将滤波天线的馈电相位更改为两组0-180度差分馈电后，从而变为双线极化滤波天线单元，适用范围较广。

技术特征：

1.一种卫星通信滤波天线单元，其特征在于，包括高频滤波天线和低频滤波天线，所述高频滤波天线为两个，一个高频滤波天线设置在低频滤波天线的口径面上方，构成高低频上下布局的滤波天线，另一个高频滤波天线设置在低频滤波天线的侧面；

2.根据权利要求1所述的卫星通信滤波天线单元，其特征在于，所述主辐射体包括第二电偶极子，所述第二电偶极子包括第一振子臂，所述第一振子臂为四个，四个第一振子臂中心对称设置，每个第一振子臂的外侧末端向两侧设置有延长线，形成t形结构，四个第一振子臂的内侧之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的卫星通信滤波天线单元，其特征在于，所述第一寄生贴片和第二寄生贴片均为环状结构，所述第二寄生贴片设置有四个内折u形结构，四个内折u形结构呈90度旋转对称设置。

4.根据权利要求1所述的卫星通信滤波天线单元，其特征在于，所述磁偶极子包括磁偶极子臂，所述磁偶极子臂为四个，每个磁偶极子臂为扇形结构，四个磁偶极子臂中心对称设置，四个磁偶极子臂之间具有十字形间隙，所述第三寄生贴片为十字形贴片，第三寄生贴片位于十字形间隙内。

5.根据权利要求4所述的卫星通信滤波天线单元，其特征在于，所述第二电偶极子包括第二振子臂，所述第二振子臂为四个，四个第二振子臂中心对称设置，形成与第三寄生贴片相对应的十字形结构。

6.根据权利要求1所述的卫星通信滤波天线单元，其特征在于，所述第一地板的主体部分为圆柱体结构，第一地板的边缘设置有短路围墙和矩形延伸部分，所述短路围墙向上延伸，所述矩形延伸部分为四个，四个矩形延伸部分间隔90度对称布置。

7.根据权利要求1-6任一项所述的卫星通信滤波天线单元，其特征在于，所述高频滤波天线和低频滤波天线均为探针四点馈电均为探针四点馈电，采用0-90-180-270度等幅度信号馈电，形成圆极化辐射特性。

8.根据权利要求1-6任一项所述的卫星通信滤波天线单元，其特征在于，所述高频滤波天线和低频滤波天线均为探针四点馈电，采用两组0-180度差分信号馈电，形成双线极化辐射特性。

9.一种卫星通信滤波共口径天线阵列，其特征在于，包括多个权利要求1-8任一项所述的卫星通信滤波天线单元。

10.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的卫星通信滤波天线单元，或包括权利要求9任一项所述的卫星通信滤波共口径天线阵列。

技术总结
本发明公开了一种卫星通信滤波天线单元、共口径天线阵列及通信设备，该天线单元包括高频滤波天线和低频滤波天线，高频滤波天线为两个，一个高频滤波天线设置在低频滤波天线的口径面上方，另一个高频滤波天线设置在低频滤波天线的侧面；高频滤波天线中，第一寄生贴片与主辐射体共同产生两个带内谐振模式和一个带外辐射零点，第二寄生贴片与主辐射体共同产生一个辐射零点，第一地板与主辐射体共同产生一个辐射零点；低频滤波天线中，第三寄生贴片与第一电偶极子共同产生一个辐射零点，磁偶极子与第一电偶极子共同产生一个辐射零点。本发明在满足高集成化的同时，实现了较好的高低频天线间隔离性能和较高的集成化设计，能够满足星载卫星通信的要求。

技术研发人员：章秀银,王继文,区俊辉,于文,牛彦朝
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15