CN103247865B - 一种用于月面巡视器的x波段宽波束圆极化天线 - Google Patents

Abstract

一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，该天线主要结构包括：高频同轴插座（50Ω，SMA或TNC），同轴波导转换器，圆极化器，带有波束增宽装置的天线罩，天线支架。由高频电缆馈入高频信号，经同轴波导转换器将同轴传输信号变换为波导传输信号，通过圆极化器将线极化信号转换为圆极化信号。在波导口辐射出的电磁波，通过天线罩展宽波束，形成全向圆极化方向图。本发明解决了传统天线波束宽度不足，以及宽波束天线后瓣较高，易受环境干扰的缺点。该天线的全向方向图可以满足巡视器在各种姿态下的对地通信需求，很低的后瓣辐射减小了巡视器安装环境对天线辐射性能的影响。

Description

一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线

技术领域

本发明涉及一种X频段宽波束圆极化天线，尤其是一种用于月面巡视器的X频段宽波束圆极化天线。

背景技术

目前，传统的X频段全向天线采用螺旋天线形式。螺旋天线(helical antenna)是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接，同轴线的外导体则和接地的金属网（或板）相连接。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。 

但是，它应用于X频段全向天线时，存在以下的缺点：

1)传统螺旋天线的无法实现半球面的全向波束；

2) 传统的螺旋天线在实现宽波束的同时，后瓣较高，受安装边界环境条件影响大。

因此，为了克服上述现有技术的不足，我们提出一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，以实现半球面的全向波束的功效。

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线技术，通过天线罩展宽波束，获得上半空间的全向的圆极化增益方向图，同时保留了波导天线后瓣低的特点。体系的全向方向图可以满足巡视器在各种姿态下的对地通信需求，低后瓣减小了巡视器安装环境对天线辐射性能的影响，。天线结构简洁、牢固，适应月球巡视器等严苛的力学、温度环境。

一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，包括：高频同轴插座、同轴波导转换器、圆极化器、带有波束增宽装置的天线罩和天线支架，其中：

高频同轴插座：用于通过高频电缆馈入高频信号；

同轴波导转换器：用于将高频信号由同轴传输方式变换为波导传输方式；

圆极化器，圆波导内置介质膜片，用于将线极化信号转换为圆极化信号，并将电磁波向外辐射；

带有波束增宽装置的天线罩：用于调整波导口面的辐射场分布，使天线的辐射方向图得到有效展宽；天线罩内装有米字形金属薄片，用于将圆极化器辐射出的电磁波进行波束展宽，实现半球面全向波束；

天线支架，将天线安装固定于巡视器车体，用于形成半球面全向波束。

另外一种较佳的实现方式为：高频同轴插座是50Ω的TNC或SMA同轴高频插座。

并且，还有较佳的实现方式为：采用圆波导口进行电磁波辐射，利用波导天线后瓣低的特点，减小了巡视器安装环境对天线辐射性能的影响。

圆极化器长度为90mm～110mm、圆极化器的介质膜片的长度为80～100mm。天线罩尺寸40～60mm、天线罩内的米字形金属薄片的单边长40～50mm、宽0.3～2.5mm。同轴波导转换器长度为60～70mm。天线支架高度为70~250mm。

本发明采用圆极化器天线形式，利用波导天线后瓣低的特点，同时通过天线罩展宽波束，获得上半空间的全向的圆极化增益方向图。该天线的全向方向图可以满足巡视器在各种姿态下的对地通信需求，很低的后瓣辐射减小了巡视器安装环境对天线辐射性能的影响。

经测试，本发明用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，形成±90°半球面全向圆极化方向图。实现半球面全向波束，较好地满足了月面巡视器X频段通信的需要。本发明可以应用于各种X频段的宇航天线发射/接收系统。

附图说明

图1是本发明用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线的结构示例图；

图2是表示本发明要达到效果的天线实测增益方向图。

符号说明：

1：高频同轴插座     2：同轴波导转换

3：圆极化器    4：带有波束增宽装置的天线罩  5：天线支架。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以以不同规格实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大或是缩小了相对尺寸。

现参考图1详细描述用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线的结构示例图。其包括：高频同轴插座1，通过连接高频电缆馈入高频信号；同轴波导转换2，将高频信号由同轴传输方式变换为波导传输方式；圆极化器3，圆波导内置介质膜片，将线极化信号转换为圆极化信号，并将电磁波向外辐射；带有波束增宽装置的天线罩4，介质天线罩内安装有米字形金属薄片，利用金属薄片调整波导口面的辐射场分布，使天线的辐射方向图得到有效展宽；天线支架5，将天线安装固定于巡视器车体。

本发明用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线的各部件的尺寸根据不同要求采用以下范围：同轴波导转换器长度为60～70mm（根据使用频率调整）；圆极化器长度为90mm～110mm、圆极化器的介质膜片的长度为80～100mm；天线罩尺寸40～60mm、天线罩内的米字形金属薄片的单边长40～50mm、宽0.3～2.5mm；天线支架高度为70~250mm（根据使用需要调整）。

天线的电接口为标准50Ω的同轴插座，具体型号为TNC或者SMA。天线支架的机械安装接口可以根据需要确定。

图2是本发明天线实测增益方向图，表明本发明要达到的效果。本发明天线是结构件产品，通过调整同轴波导转换、圆波导和天线罩的尺寸，可以达到满足不同频率的电性能要求，实现全向辐射的功能。

下面以CE-3月面巡视器X频段发射天线为一实施实例，进一步描述本发明。

该天线要求为：

a)             增益（含1245mm高频电缆插入损耗约为1dB，状态桅杆为0°，+Y太阳翼展开角度为180°）：≥-6dBi，±90°半空间优于98％范围内；

b)             外包络尺寸(mm)：φ72×365（公差：±1mm）；

c)             重量：≤0.35kg（含支架和高频电缆）。

本发明实施例中，同轴波导转换长度为65mm（根据使用频率调整）；圆极化器长度为100mm、圆极化器的介质膜片的长度为95mm；天线罩尺寸Φ50mm×50mm、天线罩内的米字形金属薄片的单边长40mm、宽0.5mm；天线支架高度为250mm；天线的电接口为50Ω、SMA同轴插座。

本发明实施例的测试结果：

a)             增益（含1245mm高频电缆插入损耗约为1dB，状态桅杆为0°，+Y太阳翼展开角度为180°）：≥-6dBi，±90°半空间优于98.5％范围内；

b)             外包络尺寸(mm)：Φ72.0×364.6；

c)             重量：0.33kg（含支架和1245mm高频电缆）。

该天线完全满足通信所需的电性能技术指标要求。在给定的外形尺寸条件下，天线的增益优于指标要求，天线的重量优于指标要求。

在本实施例中，所述各尺寸不应以此为限，可根据具体的要求和需要确定。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，包括：高频同轴插座、同轴波导转换器、圆极化器、带有波束增宽装置的天线罩和天线支架，其中：

高频同轴插座：用于通过高频电缆馈入高频信号；

同轴波导转换器：用于将高频信号由同轴传输方式变换为波导传输方式；

圆极化器：圆波导内置介质膜片，用于将线极化信号转换为圆极化信号，并将电磁波向外辐射；

带有波束增宽装置的天线罩：用于调整波导口面的辐射场分布，使天线的辐射方向图得到有效展宽；天线罩内装有米字形金属薄片，用于将圆极化器辐射出的电磁波进行波束展宽，实现半球面全向波束；

天线支架，将天线安装固定于巡视器车体，用于形成半球面全向波束。

2.如权利要求1所述的一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，所述高频同轴插座是50Ω的TNC或SMA同轴高频插座。

3.如权利要求1所述的一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，采用圆波导口进行电磁波辐射。

4.如权利要求1所述的一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，圆极化器长度为90mm～110mm、圆极化器的介质膜片的长度为80～100mm。

5.如权利要求1所述的一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，天线罩尺寸40～60mm、天线罩内的米字形金属薄片的单边长40～50mm、宽0.3～2.5mm。

6.如权利要求1所述的一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，同轴波导转换器长度为60～70mm。

7.如权利要求1所述的一种用于月面巡视器的X波段宽波束圆极化天线，其特征在于，天线支架高度为70~250mm。