CN108767463A - 一种低剖面移相卫星通信天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低剖面移相卫星通信天线，包括控制器、射频开关阵以及自上而下层叠相连的辐射层、反射层、移相层、屏蔽层、扩展移相层，所述辐射层包含馈点和以阵列形式布置在第一介质层上的若干天线辐射面，所述馈点与所述天线辐射面耦合连接，所述反射层为完全敷设在第二介质层上的铜敷层，所述移相层包含开设在第三介质层上的介质通孔、布置在第三介质层表面的移相网络以及设置在移相网络端部的开关阵接口。通过上述方式，本发明提供一种低剖面移相卫星通信天线，产生能实时切换波束方向的毫秒级波束对动态卫星进行跟踪，采用极少元器件构造，具有成本低廉、快速跟踪等优点。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种低剖面移相卫星通信天线。
背景技术
2016年，中国发射“天通”卫星，在解决语音通信的基础上，初步解决数据通信的需求；2017年，中国发射了实践13高通量(20G带宽)通信卫星；2018年，中国启动“鸿雁星座”和“虹云工程”，共由456颗通信卫星组成，实现全球互联网覆盖；2020年，中国北斗布网结束，实现全球覆盖。现今的中国，正在全力加速卫星通信的应用。
现有主流技术及缺陷：
1)机械伺服天线---剖面高，机械伺服跟踪卫星，机械转动周期长，不适合高速不定向载体。为了确保可靠性，对伺服机械要求极高。
2)相控阵天线---虽然很好的解决了机械伺服天线的缺陷，但所用元器件量大繁杂，不确定故障隐患大，且造价不菲。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种低剖面移相卫星通信天线，产生能实时切换波束方向的毫秒级波束对动态卫星进行跟踪，采用极少元器件构造，具有成本低廉、快速跟踪等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种低剖面移相卫星通信天线，包括控制器、射频开关阵以及自上而下层叠相连的辐射层、反射层、移相层、屏蔽层、扩展移相层，所述辐射层包含馈点和以阵列形式布置在第一介质层上的若干天线辐射面，所述馈点与所述天线辐射面射频连接，所述反射层为完全敷设在第二介质层上的铜敷层，所述移相层包含开设在第三介质层上的介质通孔、布置在第三介质层表面的移相网络以及设置在移相网络端部的开关阵接口，所述屏蔽层为完全敷设在第四介质层上的铜敷层，所述扩展移相层包含开设在第五介质层上的介质通孔、布置在第五介质层表面的扩展移相网络以及设置在扩展移相网络端部的开关阵接口，所述馈点通过穿设在介质通孔内的主馈线与所述扩展移相网络连接，所述扩展移相网络通过穿设在介质通孔内的扩展馈线与所述移相网络连接，所述开关阵接口通过射频开关阵连接到控制器。
在本发明一个较佳实施例中，所述馈点呈圆形或矩形，每个天线辐射面分别射频连接单馈点、双馈点或多馈点。
在本发明一个较佳实施例中，所述射频开关阵为单刀多掷的电路开关。
在本发明一个较佳实施例中，相邻天线辐射面之间连接的移相网络的移相相等，使相邻天线辐射面的相位差相等。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种低剖面移相卫星通信天线，产生能实时切换波束方向的毫秒级波束对动态卫星进行跟踪，采用极少元器件构造，具有成本低廉、快速跟踪等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例的剖面图；
图2是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例辐射层的结构图；
图3是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例移相层的结构图；
图4是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例移相层的结构图；
图5是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例扩展移相层的结构图；
图6是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例扩展移相层的结构图；
图7是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例的俯视透视图；
图8是本发明一种低剖面移相卫星通信天线的一较佳实施例的定向波束示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-8所示，本发明实施例包括：
一种低剖面移相卫星通信天线，包括控制器1、射频开关阵2以及自上而下层叠相连的辐射层3、反射层4、移相层5、屏蔽层6、扩展移相层7，所述辐射层3包含馈点301和以阵列形式布置在第一介质层302上的若干天线辐射面303，所述馈点301与所述天线辐射面303射频连接，所述反射层4为完全敷设在第二介质层401上的铜敷层46，所述移相层5包含开设在第三介质层501上的介质通孔8、布置在第三介质层501表面的移相网络502以及设置在移相网络502端部的开关阵接口9，所述屏蔽层6为完全敷设在第四介质层601上的铜敷层46，所述扩展移相层7包含开设在第五介质层701上的介质通孔8、布置在第五介质层701表面的扩展移相网络702以及设置在扩展移相网络702端部的开关阵接口9，所述馈点301通过穿设在介质通孔8内的主馈线801与所述扩展移相网络702连接，所述扩展移相网络702通过穿设在介质通孔8内的扩展馈线802与所述移相网络502连接，所述开关阵接口9通过射频开关阵2连接到控制器1。
其中，所述馈点301呈圆形或矩形，每个天线辐射面303分别射频连接单馈点、双馈点或多馈点。
进一步的，所述射频开关阵2为单刀多掷的电路开关。
进一步的，相邻天线辐射面303之间连接的移相网络502的移相相等，使相邻天线辐射面303的相位差相等。
所述低剖面移相卫星通信天线采用射频移相技术作为基本理论。重点是通过多路开关指定某一天线辐射面303产生零相位波束，其余多波束根据设计指标及指向要求，通过辐射面及移相网络502进行功分/合成同时工作。
如图2所示为辐射层，所述辐射层表面的阵列形式天线辐射面，横向可设置1～M列天线辐射面，纵向可设置1～N行天线辐射面，每个天线辐射面设计不同的移相，射频开关阵在某一电路通路控制下，可实现面向特定方向的矢量功分/合成场强，通过对射频开关阵电路的实时调节控制，可用于对特定位置的动目标卫星的实时跟踪。为了适应不同精度的跟踪要求，每个天线辐射面的相对移相根据实际辐射层上的天线辐射面MxN阵列尺寸要求，由不同电长度的移相网络502调整实现。
如图3、4所示为移相层，由介质敷铜材料制成，相对MxN个天线辐射面，构筑一个MxN的固定移相网络用来与所述天线辐射面对应连接。每一个天线辐射面通过馈线与移相网络相连，所述移相网络采用微带线实现，既能保证不用元器件来提高产品的一致性和可靠性，也利于复杂移相网络的层叠扩展。
如图5、6所示为扩展移相层，由介质敷铜材料制成。由于移相网络的复杂性和结构尺寸的限制，在特定条件下可考虑采用层叠扩展。所述扩展移相网络与所述控制器的连接方式参照移相网络与控制器的连接方式采用相同连接方式。
如图7所示，移相网络连接到控制器等有源组件，所述控制器根据动目标卫星不同轨迹匹配不同算法来控制射频开关阵，所述射频开关阵通过馈线、传输线等导线与移相网络连接。
如图8所示为控制器根据目标卫星轨迹算法控制射频开关阵电路通断，实现某一天线辐射面产生零相位、其他天线辐射面产生移相，从而实现对特定方位和俯仰角的波束辐射，在坐标轴所示方向产生的定向波束。具体地，所有天线辐射面在工作状态下均同时工作，以取得最大增益。按照上述理论，通过切换射频开关阵的不同通路的通断，实现对动目标卫星的跟踪。
如图1所示，在辐射层和移相层之间的反射层是由介质敷满铜构成，既是天线反射地面，也起到与层叠扩展移相网络的电磁隔离。
另外，在满足电气性能指标的前提下，为尽可能达到低剖面，小尺寸和重量轻的目标，采用介电性能稳定，加工工艺成熟的介质材料敷铜方法实现。例如，第一、二、……五介质层都可采用PCB印制板进行敷铜，也可采用空气作为介质。
PCB微波板介电性能稳定，薄厚板材选择面十分宽广，并且加工工艺十分成熟。在环境适应性方面，它能较好的满足高低温环境，湿热环境，冲击震动等过载环境，并且可选板材达到不同级别的军标要求。
PCB加工方面，现在的成熟工艺已经可以做到线宽及线隙3.5mil，孔径0.2mm。因此，在此范围内，我们可以尽可能放开思路进行设计，然后通过蚀刻及多层叠压实现设计。
如图1所示为将辐射面，反射面，移相网络蚀刻在不同的介质层上。在满足电气性能指标的情况下，尽可能选薄的介质层，最大限度降低剖面和减轻重量。
综上所述，本发明提供了一种低剖面移相卫星通信天线，产生能实时切换波束方向的毫秒级波束对动态卫星进行跟踪，采用极少元器件构造，具有成本低廉、快速跟踪等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种低剖面移相卫星通信天线，其特征在于，包括控制器、射频开关阵以及自上而下层叠相连的辐射层、反射层、移相层、屏蔽层、扩展移相层，所述辐射层包含馈点和以阵列形式布置在第一介质层上的若干天线辐射面，所述馈点与所述天线辐射面射频连接，所述反射层为完全敷设在第二介质层上的铜敷层，所述移相层包含开设在第三介质层上的介质通孔、布置在第三介质层表面的移相网络以及设置在移相网络端部的开关阵接口，所述屏蔽层为完全敷设在第四介质层上的铜敷层，所述扩展移相层包含开设在第五介质层上的介质通孔、布置在第五介质层表面的扩展移相网络以及设置在扩展移相网络端部的开关阵接口，所述馈点通过穿设在介质通孔内的主馈线与所述扩展移相网络连接，所述扩展移相网络通过穿设在介质通孔内的扩展馈线与所述移相网络连接，所述开关阵接口通过射频开关阵连接到控制器。
2.根据权利要求1所述的低剖面移相卫星通信天线，其特征在于，所述馈点呈圆形或矩形，每个天线辐射面分别射频连接单馈点、双馈点或多馈点。
3.根据权利要求1所述的低剖面移相卫星通信天线，其特征在于，所述射频开关阵为单刀多掷的电路开关。
4.根据权利要求1所述的低剖面移相卫星通信天线，其特征在于，相邻天线辐射面之间连接的移相网络的移相相等，使相邻天线辐射面的相位差相等。
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