CN107946746A - Uhf/s双频段卫星通信天线及无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及卫星通信天线技术领域，提出一种UHF/S双频段卫星通信天线及无线通信系统，该UHF/S双频段卫星通信天线包括：UHF频段天线和S频段天线，UHF频段天线包括：金属地板、与金属地板平行对应设置的金属辐射板、以及连接在金属地板的远离金属辐射板的一侧的馈电微带板，S频段天线位于金属地板与金属辐射板之间，且在金属地板所在平面的投影位于金属地板内，金属辐射板上开设有供S频段天线收发信号的开口，该UHF/S双频段卫星通信天线在满足双频段覆盖前提下，通过两个天线共用口径，缩小了天线的占用空间。

Description

UHF/S双频段卫星通信天线及无线通信系统

技术领域

本公开涉及卫星通信天线技术领域，尤其涉及一种UHF/S双频段卫星通信天线及无线通信系统。

背景技术

近年来随着卫星通信技术的蓬勃发展，为“任何时间、任何地点、任何人”进行无障碍通信的实现提供了可能，同时也对卫星通信系统的小型化、移动性、多功能等提出了更高的要求。终端天线是卫星通信系统前端收发信号的重要部件，对通信质量起着至关重要的作用，也往往是制约卫星通信系统有效发挥效能的主要障碍因素。因此，对应用于卫星通信领域中的终端天线性能的要求也越来越高。

UHF频段及S频段天线是目前卫星通信中比较常用的频段，可以在复杂环境下发挥良好的通信效果，现有技术中，为了满足UHF/S双频段卫星通信系统要求，终端天线通常是采用工作于不同频段的两副天线分离架设的方式。

但是，若采用两副天线分离架设，则会占用较大的空间，增加天线的整体体积。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供一种UHF/S双频段卫星通信天线，该UHF/S双频段卫星通信天线在满足双频段覆盖前提下，通过两个天线共用口径，缩小了天线的占用空间。

根据本公开的一个方面，提供一种UHF/S双频段卫星通信天线，该UHF/S双频段卫星通信天线包括：UHF频段天线和S频段天线，UHF频段天线包括：金属地板、与金属地板平行对应设置的金属辐射板、以及连接在金属地板的远离金属辐射板的一侧的馈电微带板，S频段天线位于金属地板与金属辐射板之间，且在金属地板所在平面的投影位于金属地板内，金属辐射板上开设有供S频段天线收发信号的开口。

在本公开的一种示例性实施例中，所述UHF频段天线还包括：位于所述金属辐射板远离所述金属地板一侧且与所述金属地板连接的寄生耦合阵子。

在本公开的一种示例性实施例中，所述S频段天线包括：激励层微带板、支撑介质以及耦合层微带板，激励层微带板与所述金属地板靠近所述金属辐射板的一侧连接，耦合层微带板通过所述支撑介质与所述激励层微带板间隔平行设置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述激励层微带板远离所述金属地板的一侧包括：按照阵列分布的四个激励贴片，四个激励贴片通过功分器连接；

所述耦合层微带板1远离所述激励层微带板的一侧包括：与四个所述激励贴片位置对应设置的四个辐射贴片。

在本公开的一种示例性实施例中，所述金属辐射板开设有：十字宽槽以及四个通孔，四个通孔与四个所述辐射贴片位置对应，且四个所述辐射贴片在所述金属辐射板的投影位于四个所述通孔内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述寄生耦合阵子包括：金属十字弯阵子和四个金属折叠阵子，四个所述金属折叠阵子一端以90°间隔连接在所述金属地板边缘，四个所述金属折叠阵子另一端通过四个竖直设置的介质支撑杆与所述金属十字弯阵子连接，金属十字弯阵子在所述金属辐射板上的投影位于所述十字宽槽内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述金属地板边缘均匀切割有多个矩形槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述金属辐射板边缘均匀切割有多个矩形槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述金属辐射板边缘与所述金属折叠阵子对应位置开设有与所述金属折叠阵子形状相匹配的凹槽。

在本公开的一种示例性实施例中，所述馈电微带板通过介质绝缘子与所述金属辐射板连接。

根据本公开的一个方面，提供一种无线通信系统，该无线通信系统包括上述的UHF/S双频段卫星通信天线。

由上述技术方案可知，本公开的一种UHF/S双频段卫星通信天线及无线通信系统的优点和积极效果在于：

该UHF/S双频段卫星通信天线通过将S频段天线设置在UHF频段天线的金属地板与金属辐射板之间，实现了S频段天线与UHF频段天线的共口径设计，减小了UHF/S双频段卫星通信天线的占用空间；通过在金属辐射板上开设开口，减小了UHF频段天线对S频段天线收发信号的干扰，实现了UHF频段天线和S频段天线的双频覆盖。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的三维视图；

图2为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的侧视图；

图3为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的顶视图；

图4为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的底视图；

图5为本公开实施例1的S频段天线的三维视图；

图6为本公开实施例1的S频段天线的激励层微带板示意图；

图7为本公开实施例1的S频段天线的耦合层微带板示意图；

图8为本公开实施例1的金属辐射板的示意图；

图9为本公开实施例1的UHF频段天线的介质绝缘子示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

1-UHF频段天线；

2-S频段天线；

3-开口；

41、42-SMA连接器；

51-1206封装贴片电阻；

52-0805封装贴片电阻；

6-支撑杆；

7-介质支撑柱；

8-圆孔；

9-方孔；

11-金属地板；

12-金属辐射板；

13-馈电微带板；

14-寄生耦合阵子；

15-介质绝缘子；

21-激励层微带板；

22-耦合层微带板；

23-支撑介质；

31-十字宽槽；

32-通孔；

111、112-矩形槽；

121-凹槽；

131、212-馈电网络；

141-金属十字弯阵子；

211-激励贴片；

221-辐射贴片；

142-金属折叠阵子；

143-介质支撑杆；

151-内导体探针；

152-外保护层。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

实施例1

图1为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的三维视图，图2为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的侧视图，图3为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的顶视图，图4为本公开实施例1的UHF/S双频段卫星通信天线的底视图。

本实施例中，首先提供一种UHF/S双频段卫星通信天线，如图1、2、3、4所示，该UHF/S双频段卫星通信天线包括：UHF频段天线1和S频段天线2；UHF频段天线可以包括：金属地板11、金属辐射板12、以及馈电微带板13；金属辐射板12与金属地板平行对应设置，馈电微带板13连接在金属地板的远离金属辐射板的一侧；S频段天线2可以位于金属地板11与金属辐射板12之间，且在金属地板11所在平面的投影位于金属地板11内；金属辐射板12上还可以开设有供S频段天线收发信号的开口3。

需要说明的是，金属地板11与金属辐射板12之间还可以设置有介质支撑柱7，金属地板11与金属辐射板12通过介质支撑柱7平行对应设置；S频段天线2位于金属地板11与金属辐射板12之间，且在金属地板11所在平面的投影位于金属地板11内，从而实现了S频段天线2与UHF频段天线1共口径的设计目标；金属辐射板12上开设有供S频段天线收发信号的开口3，减小了金属辐射板12对S频段阵列天线2的遮挡，使得该UHF/S双频段卫星通信天线即满足了双频段覆盖的要求，又实现了共用口径的效果，进而减小了天线的占用空间。

本实施例中，馈电微电板13上可以腐蚀有馈电网络131，馈电网络131输入端可以与SMA连接器41连接，输出端可以与金属辐射板12连接。馈电网络131将从SMA连接器41接收到的射频信号，按预设幅度、相位馈送到金属辐射板12上；在本实施例的具体实现方法中，馈电网络131可以由三个WilKinson功分器组成，所需的三个平衡电阻可以选用1206封装贴片电阻51。该方法采用四馈电圆极化技术为金属辐射板12提供等幅度、相位依次差90°的馈电模式，从而实现UHF频段天线1的圆极化特征，进而提高UHF频段天线1的抗多径干扰性能。

在本公开的其他实施例中，还可以通过双馈圆极化技术或多馈电圆极化技术，实现UHF频段天线1的圆极化特征。

UHF频段天线1中各单元的尺寸和选材会影响天线的通信效果。本实施例的具体实现方法中，金属地板11可采用直径320mm的圆形铝板；馈电微带板13选用厚度为1.5mm、介电常数εr＝2.55双面覆铜微波介质基板；金属地板11上表面和金属辐射板12下表面间距为32mm。整个UHF频段天线1加工难度小、成本低，通信效果好。

在本公开的其他实施例中，金属地板11还可以是铜板等其他可以反射电磁波的任意材料，金属地板的尺寸可以根据UHF频段天线1的性能要求进行调整。

本实施例中，UHF频段天线1还可以包括：位于金属辐射板12远离金属地板11一侧且与金属地板连接的寄生耦合阵子14。

需要说明的是，在UHF频段天线1一侧添加寄生耦合阵子14可以有效地扩展工作带宽，从而满足卫星天线带宽的要求。可选的，寄生耦合阵子14可以通过支撑杆6与金属地板固定连接，其中支撑杆6的一端穿过S频段天线2与金属地板11连接，支撑杆6的另一端与寄生耦合阵子14连接。其中，支撑杆6可以以焊接的方式与金属地板11连接，以螺纹连接的方式与寄生耦合阵子14连接，从而方便寄生耦合阵子14的拆卸。

图5为本公开实施例1的S频段天线的三维视图，图6为本公开实施例1的S频段天线的激励层微带板示意图，图7为本公开实施例1的S频段天线的耦合层微带板示意图。

如图5、6、7所示，S频段天线2可以包括：激励层微带板21、支撑介质23以及耦合层微带板22，激励层微带板21与金属地板11靠近金属辐射板12的一侧连接，耦合层微带板22可以通过支撑介质23与激励层微带板21间隔平行设置。

需要说明的是，S频段天线2可以上设置有供支撑杆6穿过的方孔9以及供多个介质支撑柱7穿过的圆孔8。其中，支撑杆6具有与方孔9匹配的横截面，方形横截面的支撑杆6与方孔9配合，可以限定S频段天线2在其平面上的自由度，起到固定S频段天线2的作用，同理，多个介质支撑柱7配合圆孔8也可以限定S频段天线2在其平面上的自由度。

在本实施例中，支撑介质23可选用厚度为10mm，介电常数近似为1.0、低损耗的微波介质泡沫，从而提高S频段天线2的通信效果。此外，在其他实施例中，也可以选用其他具有相似性能的材料。

本实施例中激励层微带板21远离金属地板11的一侧可以包括：按照阵列分布的四个激励贴片211，四个激励贴片211通过功分器连接；耦合层微带板22远离激励层微带板21的一侧可以包括：与四个激励贴片211位置对应设置的四个辐射贴片221。

需要说明的是，本实施例的一种实现方式中，激励层微带板21上可以腐蚀有馈电网络212，馈电网络212输入端与SMA连接器42连接，输出端与四个激励贴片211连接。馈电网络212将从SMA连接器42接收到的射频信号，按预设幅度、相位馈送到激励贴片211上。可选的，馈电网络212由4个WilKinson功分器组成，所需的4个平衡电阻选用0805封装贴片电阻52，采用双馈电圆极化形式为激励贴片211提供等幅度、相位依次差90°的馈电模式，从而实现S频段天线2的圆极化，提高S频段天线2的抗多径干扰性能。S频段天线2可采用双下两层贴片孔径耦合馈电的方式，激励贴片作为下层贴片和作为上层贴片的辐射贴片同心层叠设置。其中激励贴片211谐振于高频段，辐射贴片221作为寄生单元谐振于低频段，通过调整中间支撑介质23厚度以及上下两层贴片的相对尺寸，当两者谐振频率适当接近时，可获得较好的阻抗匹配特性和圆极化性能。

S频段天线2中各单元的尺寸和选材会影响天线的通信效果。在本实施例的具体实现方法中，激励贴片211和辐射贴片221间距可以126mm×126mm设置，激励微带板21可选用厚度为1.5mm、介电常数εr＝2.55双面覆铜微波介质基板，激励贴片211尺寸可以为43mm×43mm，耦合层微带板22可选用厚度为1.0mm、介电常数εr＝4.4环氧介质板。辐射贴片221尺寸可以为46mm×46m，通过对S频段天线2中各单元的尺寸和选材可以提高天线的通信效果。

图8为本公开实施例1的金属辐射板的示意图，如图8所示，金属辐射板12可以开设有：十字宽槽31以及四个通孔32，四个通孔32与四个辐射贴片221位置对应，且四个辐射贴片221在金属辐射板12的投影位于四个通孔32内。

需要说明的是，十字宽槽31以及四个通孔32共同组成开口3。四个通孔32与四个辐射贴片221位置对应，且四个辐射贴片的投影位于四个通孔32内从而减小了金属辐射板12对辐射贴片221辐射信号的遮挡。此外，十字宽槽31还可以减小金属辐射板的重量，实现天线的轻量化。

在本实施例的具体实现方法中，金属辐射板12直径可以为310mm，通孔32直径可以为92mm，间距可以为126mm×126mm。十字宽槽31宽度可以为25mm、长度可以为224mm，金属辐射板12的尺寸设计与上述S频段天线2的尺寸设计相结合，可以最大化的减小金属辐射板12对S频段天线2收发信号的影响。

本实施例中，寄生耦合阵子14可以包括：金属十字弯阵子141和四个金属折叠阵子142。四个金属折叠阵子142一端以90°间隔连接在金属地板11边缘，四个金属折叠阵子142另一端通过四个竖直设置的介质支撑杆143与金属十字弯阵子141连接；金属十字弯阵子141在金属辐射板12上的投影位于十字宽槽31内。

需要说明的是，辐射贴片221主要通过四个通孔32向外辐射信号。金属十字弯阵子141在金属辐射板12上的投影位于十字宽槽31内，可以避免金属十字弯阵子141对四个通孔32的遮挡，从而使S频段天线2达到最佳的辐射效果。此外，寄生耦合阵子14也可以以其他的方式实现。

本实施例中，金属地板11边缘可以均匀切割有多个矩形槽111。金属辐射板12边缘可以均匀切割有多个矩形槽112。

需要说明的是，在给定的口径尺寸下，UHF频段天线1的增益较小。在金属地板11边缘均匀切割若干矩形槽形成锯齿状地板，金属辐射板12边缘均匀同样切割若干矩形槽形成锯齿状辐射板。锯齿状地板可以等效增加金属地板面积；锯齿状辐射板可等效延长辐射板上的表面电流路径，以此可有效提高UHF频段天线1的增益。本实施例的具体实现方法中，金属地板11边缘可以均匀切割56个长20mm×宽6mm的矩形槽而形成锯齿状地板，金属辐射板边12边缘也可以均匀切割56个长20mm×宽6mm的矩形槽而形成锯齿状辐射板，从而最大化的提高UHF频段天线1的增益。

本实施例中，金属辐射板12边缘与金属折叠阵子142对应位置可以开设有与金属折叠阵子142形状相匹配的凹槽121。

需要说明的是，金属折叠阵子142倾斜向上与金属十字弯阵子141连接。为了避免金属折叠阵子142与金属辐射板12接触，在金属辐射板12边缘与金属折叠阵子142对应位置开设有与金属折叠阵子142形状相匹配的凹槽121。金属折叠阵子142与金属辐射板12边缘相对应位置位于凹槽121内。

在本公开的其他实施例中，凹槽121也可以是通孔结构，保证金属折叠阵子142通过金属辐射板12，且不与金属辐射板12接触。

图9为本公开实施例1的UHF频段天线的介质绝缘子示意图，如图9所示，馈电微带板13可以通过介质绝缘子15与金属辐射板12连接。

需要说明的是，介质绝缘子15由内导体探针151和外保护层152组成。内导体探针151一端与馈电网络131输出端焊接，另一端与金属辐射板12焊接。四个介质绝缘子15可以均匀分布金属地板11边缘，对金属辐射板12形成四点馈电。

实施例2

本公开还提供一种无线通信系统，该无线通信系统包括上述的UHF/S双频段卫星通信天线。上述的UHF/S双频段卫星通信天线的结构、功能及实现方式已作出详细的说明，此处不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

本说明书中，用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书所述的实施例说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (10)

1.一种UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，包括:

UHF频段天线，包括：

金属地板，位于第一平面；

金属辐射板，与所述金属地板平行对应设置，且开设有开口结构；

以及馈电微带板，连接在所述金属地板的远离所述金属辐射板的一侧，对所述金属辐射板激励馈电；

以及S频段天线，位于所述金属地板与所述金属辐射板之间，且在所述第一平面的投影位于所述金属地板内，通过所述开口结构收发信号。

2.根据权利要求1所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述UHF频段天线还包括：

寄生耦合阵子，位于所述金属辐射板远离所述金属地板一侧且与所述金属地板连接。

3.根据权利要求1或2所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述S频段天线包括：

激励层微带板，与所述金属地板靠近所述金属辐射板的一侧连接；

支撑介质；

耦合层微带板，通过所述支撑介质与所述激励层微带板间隔平行设置。

4.根据权利要求3所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述激励层微带板远离所述金属地板的一侧包括：

四个激励贴片，按照阵列分布且通过功分器连接；

所述耦合层微带板1远离所述激励层微带板的一侧包括：

四个辐射贴片，与四个所述激励贴片位置对应。

5.根据权利要求4所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述金属辐射板开设有：

十字宽槽；

四个通孔，与四个所述辐射贴片位置对应，且四个所述辐射贴片在所述金属辐射板的投影位于四个所述通孔内。

6.根据权利要求5所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述寄生耦合阵子包括：

金属十字弯阵子，在所述金属辐射板上的投影位于所述十字宽槽内；

四个金属折叠阵子，四个所述金属折叠阵子一端以90°间隔连接在所述金属地板边缘，四个所述金属折叠阵子另一端通过四个竖直设置的介质支撑杆与所述金属十字弯阵子连接。

7.根据权利要求1或2所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述金属地板边缘均匀切割有多个矩形槽；

所述金属辐射板边缘均匀切割有多个矩形槽。

8.根据权利要求6所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述金属辐射板边缘与所述金属折叠阵子对应位置开设有与所述金属折叠阵子形状相匹配的凹槽。

9.根据权利要求1或2所述的UHF/S双频段卫星通信天线，其特征在于，所述馈电微带板通过介质绝缘子与所述金属辐射板连接。

10.一种无线通信系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的UHF/S双频段卫星通信天线。