CN105206917B - 一种皮卫星的正交线极化单极子天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种皮卫星的正交线极化单极子天线，包括第一、二固定介质、折形金属连接件、折形介质以及第一、二振子，第一、二振子为弹性板片构成，折形介质上设置有馈电的IPX接头，折形金属连接件和折形介质的馈电点相连接。上述技术方案中，第一、二振子在卫星出舱前缠绕贴附固定在卫星壳体表面，结构紧凑，不会增大卫星的体积。卫星出舱后第一、二振子展开恢复成相互垂直的通信状态，第一、二振子由折形金属连接件相连并通过一个馈电点馈电，无需额外的匹配馈电网络就可辐射垂直极化波和水平极化波，而且水平极化波的方向图和垂直极化波的方向图互补，配合正交线极化的地面站即可实现卫星任意姿态下的星地通信。

Description

一种皮卫星的正交线极化单极子天线

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，具体涉及一种皮卫星的正交线极化单极子天线。

背景技术

皮卫星因为体积小、研发周期短、成本低而在世界范围内得到了越来越多的应用和重视。由于受皮卫星体积和重量的限制，所以一些皮卫星没有姿态控制系统，这就要求皮卫星的通信天线除了体积和重量的要求指标外还要求其方向图具有全向性。目前卫星天线一般有微带天线和鞭状天线两大类。空气微带天线在低频时尺寸较大，而且是半空间辐射；鞭状天线如果材料选择合适的话可以使其满足卫星在出舱前后的体积和通信要求，但是一般鞭状天线的辐射方向图存在零点不能实现360度的全向覆盖。因此有必要提供一种新的天线。

发明内容

本发明的目的就是提供一种皮卫星的正交线极化单极子天线，其可有效解决上述问题，满足出舱前的体积要求和出舱后的通信要求，两种极化的辐射方向图互补可以实现360°的全向覆盖。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案进行实施：

一种皮卫星的正交线极化单极子天线，其特征在于：包括用于与卫星壳体相连接的折形金属连接件、第一、二振子以及折形介质，折形金属连接件由相互垂直布置的第一、二金属板体构成，第一、二振子的一端分别通过第一、二固定介质铆接固定在第一、二金属板体的外板面上，第一、二振子的另一端向远离卫星壳体的一侧延伸设置，第一、二振子相互垂直布置，第一、二振子为弹性板片构成，第一、二固定介质为板材构成，折形介质与折形金属连接件的形状相一致，折形介质上设置有馈电的IPX接头，折形金属连接件和折形介质上的馈电点相连接。

上述技术方案中，通过采用相互垂直的弹性板片构成卫星的通讯天线，第一、二振子在卫星出舱前缠绕贴附固定在卫星壳体表面，结构紧凑，不会增大卫星的体积。卫星出舱后第一、二振子展开恢复成相互垂直的通信状态，相互垂直的第一、二振子由折形金属连接件相连并通过一个馈电点馈电，无需额外的匹配馈电网络就可辐射(或接收)垂直极化波和水平极化波，而且水平极化波的方向图和垂直极化波的方向图互补，实现360度的全向覆盖，配合正交线极化的地面站即可实现卫星任意姿态下的星地通信。

附图说明

图1为第一、二振子、折形金属连接件及折形介质之间的连接示意图；

图2为折形金属连接件和折形介质的结构示意图；

图3为主壳体的结构示意图；

图4为卫星壳体的俯视图；

图5为卫星壳体的主视图；

图6为卫星壳体的侧视图；

图7为图4中去处上盖板后的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

本发明采取的技术方案如图1、2所示，一种皮卫星的正交线极化单极子天线，包括用于与卫星壳体相连接的折形金属连接件15、第一、二振子11、12以及折形介质16，折形金属连接件15由相互垂直布置的第一、二金属板体151、152构成，第一、二振子11、12的一端分别通过第一、二固定介质13、14铆接固定在第一、二金属板体151、152的外板面上，第一、二振子11、12的另一端向远离卫星壳体的一侧延伸设置，第一、二振子11、12相互垂直布置，第一、二振子11、12为弹性板片构成，第一、二固定介质13、14为板材构成，折形介质16与折形金属连接件15的形状(弯折弧度)相一致，折形介质16上设置有馈电的IPX接头，折形金属连接件15和折形介质16上的馈电点相连接。第一、二固定介质13、14的作用是将第一、二振子11、12与折形金属连接件15、折形介质16相连接，其为介电常数4.5、厚0.15mm FR4材质的材料(板材)构成；折形介质16的作用是连接卫星壳体和第一、二固定介质13、14，为介电常数2.2、厚1mm Arlon DiClad 880材质的材料(板材弯折)构成。上述技术方案中，通过采用相互垂直的弹性板片构成卫星的通讯天线，第一、二振子11、12在卫星出舱前缠绕贴附固定在卫星壳体表面，结构紧凑，不会增大卫星的体积。卫星出舱后第一、二振子11、12展开恢复成相互垂直的通信状态，相互垂直的第一、二振子11、12由折形金属连接件15相连并通过一个馈电点馈电，无需额外的匹配馈电网络就可辐射(或接收)垂直极化波和水平极化波，而且水平极化波的方向图和垂直极化波的方向图互补，配合正交线极化的地面站即可实现卫星任意姿态下的星地通信。

具体的方案为，第一、二振子11、12为两弹性钢片构成，两弹性钢片的厚度为0.11mm、长度分别为24.1cm、25.5cm。操作时先将馈电的IPX接头焊接在折形介质16上，再将第一、二固定介质13、14、第一、二振子11、12、折形金属连接件15用铆钉固定在一起并同折形介质16一同固定在卫星壳体的外表面上，最后将折形金属连接件15与折形介质16的馈电点焊接在一起。选用单馈点的由折形金属连接件15相连的相互垂直的第一、二振子11、12，使天线的结构简单、正交极化的辐射方向图互补可以实现360度的全向覆盖。

对于卫星壳体，其呈面包片状，其采取的技术方案如图3、4、5、6、7所示，卫星壳体包括用于容纳卫星组件的方管状的主壳体21以及主壳体21上、下端分别设置的上盖板22和下底板23，下底板23与主壳体21相固接，上盖板22与主壳体21可拆卸式连接，主壳体21由第一、二、三、四侧壁围合而成，第一、三侧壁211、213平行相对布置，第二、四侧壁212、214平行相对布置，第三、四侧壁213、214的外壁面为平面状，第一、二侧壁211、212的外壁面为台阶状，第一侧壁211的外壁面包括第一、二壁面21a、21b，第一、二壁面21a、21b均平行于第三侧壁213布置，第一壁面21a距第三侧壁213的间距小于第二壁面21b距第三侧壁213的间距，第二侧壁212的外壁面包括第三、四壁面21c、21d，第三、四壁面21c、21d均平行于第四侧壁214布置，第三壁面21c距第四侧壁214的间距小于第四壁面21d距第四侧壁214的间距，第一、三壁面21a、21c相靠近的一侧边部弧形过渡连接，折形介质16的内板面与第一、三壁面21a、21c相贴合连接。上述结构的卫星壳体，可最大限度的实现内部组件的最优布局，方便的进行各频段天线设计，便于安装上述可展开式天线，而且该结构还预留了太阳能电池板安装槽以及卫星外部接口孔位，满足内部组件最优布局和天线设计的最大自由度。

进一步的方案为，上盖板22和下底板23为相同尺寸的方形板体分别构成，上盖板22的外板面上开设用于安装太阳能电池板31的安装槽221，实现与其它卫星或航天器组装时对太阳能电池板的保护。下底板23上也可开设安装槽221，安装槽221的槽底开设有用于安装对外接口/卫星开关的安装孔222，方形板体的外轮廓尺寸大于方管状主壳体21的外轮廓尺寸且两者同心布置。安装槽221的槽深为1.6mm，第一、二壁面之间的间距为2mm，第三、四壁面之间的间距为2mm。

详细的操作为，主壳体21的四拐角部位设置有螺孔，上盖板22相对应位置处也开设有螺丝孔，两者之间通过螺钉构成可拆卸式连接。卫星壳体轮廓包络尺寸为70×80mm，上盖板22、下底板23与主壳体21闭合状态下总厚度为22mm，其中：上盖板22、下底板23的厚度分别为3mm，主壳体21厚度为16mm。上盖板22预留安装太阳能电池板31尺寸为48.8×60.4mm的槽形区域，槽底留有一个大小约为9.1×7mm的安装孔用于安装对外接口/卫星开关，安装孔位于槽底的一个边侧，紧邻太阳能电池板31。主壳体21槽壁厚度为1mm，非天线安装区域的槽壁外侧距壳体边界距离为4mm，天线安装区域的槽壁外侧距壳体边界距离为6mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种皮卫星的正交线极化单极子天线，其特征在于：包括用于与卫星壳体相连接的折形金属连接件、第一、二振子以及折形介质，折形金属连接件由相互垂直布置的第一、二金属板体构成，第一、二振子的一端分别通过第一、二固定介质铆接固定在第一、二金属板体的外板面上，第一、二振子的另一端向远离卫星壳体的一侧延伸设置，第一、二振子相互垂直布置，第一、二振子为弹性板片构成，第一、二固定介质为板材构成，折形介质与折形金属连接件的形状相一致，折形介质上设置有馈电的IPX接头，折形金属连接件和折形介质上的馈电点相连接；

折形金属连接件安装在折形介质上；

卫星壳体包括用于容纳卫星组件的方管状的主壳体以及主壳体上、下端分别设置的上盖板和下底板，下底板与主壳体相固接，上盖板与主壳体可拆卸式连接，主壳体由第一、二、三、四侧壁围合而成，第一、三侧壁平行相对布置，第二、四侧壁平行相对布置，第三、四侧壁的外壁面为平面状，第一、二侧壁的外壁面为台阶状，第一侧壁的外壁面包括第一、二壁面，第一、二壁面均平行于第三侧壁布置，第一壁面距第三侧壁的间距小于第二壁面距第三侧壁的间距，第二侧壁的外壁面包括第三、四壁面，第三、四壁面均平行于第四侧壁布置，第三壁面距第四侧壁的间距小于第四壁面距第四侧壁的间距，第一、三壁面相靠近的一侧边部弧形过渡连接，折形介质的内板面与第一、三壁面相贴合连接。

2.根据权利要求1所述的皮卫星的正交线极化单极子天线，其特征在于：第一、二振子为弹性钢片构成。

3.根据权利要求1或2所述的皮卫星的正交线极化单极子天线，其特征在于：第一、二固定介质为介电常数4.5、厚0.15mm的FR4板材构成；折形介质为介电常数2.2、厚1mm的ArlonDiClad 880板件构成。

4.根据权利要求1所述的皮卫星的正交线极化单极子天线，其特征在于：上盖板和下底板为相同尺寸的方形板体分别构成，上盖板的外板面上开设用于安装太阳能电池板的安装槽，安装槽的槽底开设有用于安装卫星开关的安装孔，方形板体的外轮廓尺寸大于方管状主壳体的外轮廓尺寸且两者同心布置。

5.根据权利要求4所述的皮卫星的正交线极化单极子天线，其特征在于：安装槽的槽深为1.6mm，第一、二壁面之间的间距为2mm，第三、四壁面之间的间距为2mm。