CN107749514A - 应用于x频段的数传天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于X频段的数传天线，包括单螺旋天线、圆形PCB板、金属碗形反射机构和电缆，圆形PCB板固定在金属碗形反射机构顶面中心，所述圆形PCB板采用顶面匹配微带线的PCB板，电缆与微带线焊接，单螺旋天线与圆形PCB板顶面的微带线焊接固连。所述金属碗形反射机构包括圆台、碗形罩和环形反射地面，圆台直径大的面与环形反射地面中心孔匹配，两者固连，碗形罩两端无端盖，面积小的一端套在环形反射地面外壁，本发明不仅在性能上提高了低仰角增益覆盖率，实现了更大的通信范围与通信距离，同时在天线结构上也更加可靠与稳定。

Description

应用于X频段的数传天线
技术领域
本发明属于射频通信技术领域，具体涉及一种应用于X频段的数传天线。
背景技术
现代卫星多搭载圆极化天线，在小卫星通信系统中，由于卫星姿态不固定，低轨道等特点，对此类圆极化天线通信覆盖范围与空间中的能源损耗有着很高的要求。搭载天线波束覆盖范围不足，低仰角的增益不高一直是难于解决的问题，传统小卫星天线多采用机械臂转动结构或者相控阵技术来解决天线方向性与增益覆盖等问题，但这些结构很大程度上增加了射频功耗与复杂程度。因此对于高覆盖率，低仰角高增益的单卫星天线的研究十分必要。
在低轨道卫星通信中，要求搭载的卫星天线能在低仰角有更高的增益，从而保证远距离的可靠通信；要求增益覆盖范围广，从而补偿小卫星姿态不稳定带来的通信中断；圆极化天线还要求在俯仰角方向，要有较宽的3dB轴比范围，这样能保证通信的质量，避免其他信源带来的电磁干扰；发射天线还要求有较大的功率容量，以满足相应的功率需求；小型化对卫星天线来说是另一个重要的要求，较大尺寸的天线对于有限的小卫星平面有着诸多的不便；最后天线结构的稳定与否也是其重要的指标之一，太空严苛的环境对于天线结构的稳定有着很强的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于X频段的数传天线，解决传统低轨小卫星天线数据传输能力不足、增益覆盖范围小、通信距离短、结构可靠性差和载荷天线体积大等问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用于X频段的数传天线，包括单螺旋天线、圆形PCB板、金属碗形反射机构和电缆，圆形PCB板固定在金属碗形反射机构顶面中心，所述圆形PCB板采用顶面匹配微带线的PCB板，电缆与微带线焊接，单螺旋天线与圆形PCB板顶面的微带线焊接固连。
所述金属碗形反射机构包括圆台、碗形罩和环形反射地面，圆台直径大的面与环形反射地面中心孔匹配，两者固连，碗形罩两端无端盖，面积小的一端套在环形反射地面外壁，所述圆台为空心圆台，PCB板固定在圆台的顶面，PCB板的地表面与圆台的顶面短路，圆台顶面和底面分别设有穿线通孔，电缆穿过顶面的穿线通孔向下延伸，自圆台底面的穿线通孔伸出。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用圆台波束展宽手段，圆台的顶面半径、底面半径和高度共同决定了天线波束展开程度与天线低仰角增益大小，并有效提升低仰角增益；（2）金属碗形反射机构采用碗形罩可以有效抑制零点，并达到最佳零点位置，在保证远距离信号传输的同时也保证了与近地位置的通信可靠；（3）采用了金属碗形反射机构，最终实现了高3dB增益覆盖率，以保证卫星在不同姿态时的通信稳定；（4）天线采用单螺旋与金属碗形反射机构，结构简单易加工，整体结构稳定性良好。
附图说明
图1为本发明应用于X频段的数传天线的整体结构三维图。
图2为本发明应用于X频段的数传天线的整体结构主视图。
图3为本发明应用于X频段的数传天线的仰视图。
图4为本发明应用于X频段的数传天线的局部俯视图。
图5为本发明实施例中应用于X频段的数传天线的回波损耗特性曲线图。
图6为本发明实施例中应用于X频段的数传天线的俯仰角方向轴比特性曲线图。
图7为本发明实施例中应用于X频段的数传天线的方向图。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的实施方式。
结合图1至图4，本发明提供了一种应用于X频段的数传天线，包括单螺旋天线1、圆形PCB板2、金属碗形反射机构3和电缆7，圆形PCB板2固定在金属碗形反射机构3顶面中心，所述圆形PCB板2采用匹配微带线6的PCB板，电缆7与微带线8焊接，单螺旋天线1与圆形PCB板2顶面的微带线8焊接固连。
所述单螺旋天线1，采用镀铜弹簧钢，形成右旋圆极化形式。
所述金属碗形反射机构3包括圆台4、碗形罩5和环形反射地面6，圆台4直径大的面与环形反射地面6中心孔匹配，两者固连，碗形罩5两端无端盖，面积小的一端套在环形反射地面6外壁。圆台4、环形反射地面6和碗形罩5由金属铝一体加工而成，圆台4的顶面半径、底面半径和高度共同决定天线波束展开程度与天线低仰角增益大小；环形反射地面6的大小影响低仰角增益的大小，其半径为28±0.5mm；碗形罩5底面与圆台4底面中心的距离、碗形罩5与水平面夹角以及碗形罩5的高度共同影响天线零点位置与零点深度。
所述圆台4为空心圆台，其底面可拆卸，PCB板2固定在圆台4的顶面，PCB板2的地表面与圆台4的顶面短路，圆台4顶面和底面分别设有穿线通孔，电缆7穿过顶面的穿线通孔向下延伸，自圆台4底面的穿线通孔伸出。
所述圆台4底面的拆卸，可通过在圆台4内壁面设安装位，底面通孔螺栓与安装位进行固连，进而便于拆卸。
所述PCB板2采用Rogers TMM3。
所述环形反射地面6上均匀分布若干个螺丝安装孔，用于将应用于X频段的数传天线安装于卫星表面。
实施例
采用本发明所述的一种应用于X频段的数传天线，其中天线回波损耗特性曲线如图5所示，天线俯仰角方向轴比特性曲线如图6所示。根据图6，选取m1（0°，0.28dB）、m2(-65°，2.19dB)、m3（65°，2.03），在俯仰角60°时轴比小于2.5dB，俯仰角0°时轴比小于 1dB，形成了很好的右旋圆极化，抗干扰能力较强。根据图7，选取m6（-65°，4.19dBi）、m7（65°，4.34dBi）、m8（0°。-1.31dBi）、m9（-10°，-2.70dBi）、m10（10°，-2.05dBi），可以看到天线在俯仰角65°方向上增益在4.1dBi以上，俯仰角0°时增益大于-1.5dBi，俯仰角-10°和10°增益大于-3dBi，有效解决了低轨道小卫星近地端与远地端通信距离差大，通信可靠性不足的问题，同时保证了数据的高速传输。

Claims (8)

1.一种应用于X频段的数传天线，其特征在于：包括单螺旋天线（1）、圆形PCB板（2）、金属碗形反射机构（3）和电缆（7），圆形PCB板（2）固定在金属碗形反射机构（3）顶面中心，所述圆形PCB板（2）采用顶面匹配微带线（8）的PCB板，电缆（7）与微带线（8）焊接，单螺旋天线（1）与圆形PCB板（2）顶面的微带线（8）焊接固连。
2.根据权利要求1所述的应用于X频段的数传天线，其特征在于：所述金属碗形反射机构（3）包括圆台（4）、碗形罩（5）和环形反射地面（6），圆台（4）直径大的面与环形反射地面（6）中心孔匹配，两者固连，碗形罩（5）两端无端盖，面积小的一端套在环形反射地面（6）外壁，所述圆台（4）为空心圆台，PCB板（2）固定在圆台（4）的顶面，PCB板（2）的地表面与圆台（4）的顶面短路，圆台（4）顶面和底面分别设有穿线通孔，电缆（7）穿过顶面的穿线通孔向下延伸，自圆台（4）底面的穿线通孔伸出。
3.根据权利要求2所述的应用于X频段的数传天线，其特征在于：所述圆台（4）、环形反射地面（6）和碗形罩（5）由金属铝一体加工而成。
4.根据权利要求2所述的应用于X频段的数传天线，其特征在于：所述圆台（4）的顶面半径、底面半径和高度共同决定天线波束展开程度与天线低仰角增益大小；环形反射地面（6）的大小影响低仰角增益的大小，其半径为28±0.5mm；碗形罩（5）底面与圆台（4）底面中心的距离、碗形罩（5）与水平面夹角以及碗形罩（5）的高度共同影响天线零点位置与零点深度。
5.根据权利要求2所述的应用于X频段的数传天线，其特征在于：所述圆台（4）底面的拆卸。
6.根据权利要求2所述的应用于X频段的数传天线，其特征在于：所述环形反射地面（6）上均匀分布若干个螺丝安装孔，用于将应用于X频段的数传天线安装于卫星表面。
7.根据权利要求1所述的应用于X频段的数传天线，其特征在于：所述PCB板（2）采用Rogers TMM3（介电常数3.27）。
8.根据权利要求1所述的应用于X频段的数传天线，其特征在于：所述单螺旋天线（1）采用镀铜弹簧钢，形成右旋圆极化形式。
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